【摘 要】
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点阵结构是将杆件、晶胞等微观单元按照一定规则周期性排列构成的空间有序多孔结构,具有轻质、高比强度、高比刚度、高能量吸收等优点[1],广泛应用于航空航天、医疗等领域[2]
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点阵结构是将杆件、晶胞等微观单元按照一定规则周期性排列构成的空间有序多孔结构,具有轻质、高比强度、高比刚度、高能量吸收等优点[1],广泛应用于航空航天、医疗等领域[2],其中钛合金点阵结构在航空航天主承力件、骨骼支架等部位应用较多[2]。随着增材制造技术和计算机辅助设计技术的不断发展,一类以极小曲面结构为单元的周期点阵得到了越来越广泛的应用[3],与传统的杆件类点阵相比,该结构采用隐式函数建模,造型简单、数据量小、姿态可调性强,可以周期性地在三维空间上构造出光滑连通的多孔结构,在轻量化的同时,具有优良的承力和散热性能。本文以增材制造为背景,以承力、散热性能为研究目标,对常见的Gyriod、Diamond、Primitive三种极小曲面三维点阵结构的压缩承力性能、流固耦合散热性能进行了研究。并以单胞几何参数为变量,对结构进行承力、散热多目标优化设计,以探寻兼具轻质、高强度、散热性能优良的点阵构型。论文的主要研究工作如下:（1）基于隐式函数,使用MC算法建立描述曲面轮廓的Stl文件,经过边界网格处理及四面体网格剖分得到极小曲面点阵的实体模型。通过改变隐式函数中的参数对点阵结构单元尺寸、体积分数及模型精度进行调整。（2）通过准静态压缩仿真测试,分析极小曲面点阵结构受力特征以及力学性能与体积分数的关系,并采用激光选区熔化技术对结构进行实验制备,对比压缩实验与仿真结果,验证模型的正确性。（3）采用界面函数传递的方法建立温度边界条件下的点阵夹芯壁板流固耦合散热模型,比较等密度下三种结构主动散热性能,并考虑了冷却液流速对结构散热效率的影响。采用顺序耦合的方法对结构散热过程中的应力情况进行分析。（4）提出了以轻量化、承力、散热性能为优化目标,点阵结构几何参数为变量,遗传算法为优化策略的多目标优化设计。求得了多目标Pareto优化解,对比了结构优化前后的性能,并通过解的分布区间分析各目标函数对变量的敏感性。
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