基于半面结构/线框模型的点阵材料零件双尺度表述方法研究

• 作 者: 唐瑶
• 出 处: 大连理工大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 点阵材料零件 等效材料属性 双尺度CAD模型 宏细观表述

点阵材料零件是一种集高比强度、高比刚度与储能、吸能、隐身、阻尼、热控于一体的多功能轻质材料零件,且其内部开放贯通的空间为多功能器件的埋藏提供了条件,因而已经广泛应用于航天器、飞机、舰船、医学、体育、交通、建筑以及能源等诸多领域。为了更好的将点阵材料零件应用于各个工程领域,满足具体工程问题所提出的设计要求,解决点阵材料零件设计和制造中零件信息表述方面存在的问题,本文在以往非均质材料零件CAD模型表述方法的基础上,基于均匀化理论将点阵视为一种具有宏观等效材料属性的材料,从宏细观两个层面对点阵材料零件CAD模型进行表述,并通过数据库将宏细观表述联系起来,建立点阵材料零件双尺度CAD模型。本文的主要研究工作如下:首先,对目前点阵材料零件设计和制造中零件信息表述方面存在的问题、CAD模型技术发展以及非均质材料CAD模型表述方法进行回顾,明确本课题要解决的问题及其研究意义。其次,针对点阵材料零件设计制造中零件信息表述方面存在的以设计意图丢失为首的一系列问题,突破传统材料与结构之间的界限,基于均匀化理论将点阵视为一种具有宏观等效材料属性的可设计材料,从而将由单一材料构成、结构复杂的点阵材料零件转化为由多材料构成、结构相较简单的等效材料零件,并基于其内部出现的等效材料属性边界提出建立宏细观表述相结合的双尺度CAD模型。然后,针对点阵材料零件宏观尺度上存在的非流形特性,综合考虑多种非流形表述方法的适用性和简洁性,选择利用半面数据结构组织其几何/拓扑信息和等效材料属性信息,给出具体的数据结构表述,并通过宏观等效材料属性示例验证该数据结构的合理性和可行性,建立起完整的宏观尺度CAD模型。最后,针对点阵材料零件细观尺度上的几何/拓扑信息、材料信息进行了具体描述,给出描述点阵细观几何/拓扑信息和材料信息的数据结构,并通过金字塔点阵结构验证该数据结构的合理性和可行性,建立起完整的细观尺度CAD模型。通过数据库将点阵材料零件的宏细观CAD模型联系起来,从而建立完整的点阵材料零件双尺度CAD模型。