輕量化是制造業(yè)領域的一個重要研究方向,同時也是設計者不斷追求的目標,目前實現(xiàn)輕量化的主要途徑有兩種:一是使用輕質(zhì)材料,二是使用輕量化結(jié)構(gòu),本文主要針對后者進行了研究。而輕量化結(jié)構(gòu)設計又分為兩類:一是通過零件的約束及受力情況得出較好的尺寸、拓撲結(jié)構(gòu),優(yōu)化之前無法得知其結(jié)果是怎么樣,例如拓撲優(yōu)化;二是將零件中需要優(yōu)化的部分替換成輕量化的結(jié)構(gòu),優(yōu)化的結(jié)果可以預見,例如各種夾層結(jié)構(gòu)。夾層結(jié)構(gòu)尤其是三維點陣結(jié)構(gòu)一般結(jié)構(gòu)較為復雜,具有兩大難點:一是生成方法較為復雜,二是傳統(tǒng)制造方法難以制造。3D打印作為一種新型制造技術(shù)可以完美解決第二個難點——制造困難的問題,而本文將對第一個難點尋求解決方法。本文提出了一種基于Voronoi圖的輕量化夾層結(jié)構(gòu)生成方法,并對其性能進行了研究,研究對象包括利用二維Voronoi圖生成的不規(guī)則蜂窩結(jié)構(gòu)以及利用三維Voronoi圖生成的不規(guī)則泡沫結(jié)構(gòu)。主要研究內(nèi)容及成果如下:(1)提出了不規(guī)則Voronoi圖以及對應實體模型的生成算法,并定義了其不規(guī)則度、相對密度、網(wǎng)格疏密度等參數(shù)。(2)利用有限元仿真方法研究了上述不同參數(shù)對于結(jié)構(gòu)彈性性能的影響,結(jié)果顯示不規(guī)則度越大,彈性...

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 論文選題背景及研究意義
    1.2 Voronoi圖的研究現(xiàn)狀
    1.3 輕量化結(jié)構(gòu)設計的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 兩種優(yōu)化類型
        1.3.2 拓撲優(yōu)化
        1.3.3 格柵結(jié)構(gòu)與點陣結(jié)構(gòu)
    1.4 論文主要研究內(nèi)容
第2章 Voronoi圖與有限元原理研究
    2.1 二維不規(guī)則蜂窩模型的建立
    2.2 二維不規(guī)則蜂窩模型的參數(shù)
        2.2.1 網(wǎng)格數(shù)量
        2.2.2 不規(guī)則度
        2.2.3 相對密度
    2.3 模型有限元理論計算
        2.3.1 有限單元法簡介
        2.3.2 單元分析
        2.3.3 單元剛度矩陣計算
        2.3.4 單元剛度矩陣的坐標轉(zhuǎn)換
        2.3.5 整體剛度矩陣的組裝
    2.4 本章小結(jié)
第3章 基于Voronoi圖生成的不規(guī)則蜂窩結(jié)構(gòu)仿真
    3.1 利用參數(shù)化語言(APDL)建立ANSYS模型
        3.1.1 建立Voronoi圖
        3.1.2 提取Voronoi圖信息并生成APDL語言建模
    3.2 各參數(shù)對模型彈性性能的影響
        3.2.1 約束和載荷施加
        3.2.2 不規(guī)則度對彈性性能的影響
        3.2.3 相對密度對于彈性性能的影響
        3.2.4 網(wǎng)格疏密度對于彈性性能的影響
    3.3 標準正六邊形蜂窩模型
        3.3.1 模型建立
        3.3.2 仿真及結(jié)果
    3.4 從幾何結(jié)構(gòu)分析原因
    3.5 本章小結(jié)
第4章 基于Voronoi圖生成的三維泡沫結(jié)構(gòu)仿真
    4.1 三維泡沫結(jié)構(gòu)
    4.2 模型參數(shù)
        4.2.1 網(wǎng)格數(shù)量
        4.2.2 不規(guī)則度
        4.2.3 相對密度
    4.3 模型生成
        4.3.1 建立三維Voronoi圖
        4.3.2 提取Voronoi圖信息生成APDL語言建模
    4.4 不同參數(shù)對于模型彈性性能的影響
        4.4.1 約束和載荷施加
        4.4.2 不規(guī)則度對于彈性性能的影響
        4.4.3 相對密度對于彈性性能的影響
        4.4.4 網(wǎng)格疏密度對于彈性性能的影響
        4.4.5 截面形狀對于彈性性能的影響
    4.5 標準Kelvin十四面體模型仿真
        4.5.1 模型建立
        4.5.2 仿真及結(jié)果
    4.6 本章小結(jié)
第5章 基于Voronoi圖生成的輕量化結(jié)構(gòu)力學實驗
    5.1 實體模型的建立
    5.2 打印參數(shù)對于FDM成形件的影響
        5.2.1 參數(shù)選擇與正交實驗
        5.2.2 不同參數(shù)打印件拉伸實驗
        5.2.3 試樣的拉伸實驗結(jié)果
        5.2.4 對數(shù)據(jù)進一步處理
        5.2.5 正交試驗結(jié)果分析—極差分析法
    5.3 二維蜂窩結(jié)構(gòu)拉伸實驗
    5.4 三維泡沫結(jié)構(gòu)壓縮實驗
    5.5 本章小結(jié)
第6章 基于Voronoi圖生成的輕量化結(jié)構(gòu)應用研究
    6.1 飛機機翼的結(jié)構(gòu)
    6.2 機翼模型建立
    6.3 輕量化后模型
        6.3.1 應用二維不規(guī)則蜂窩
        6.3.2 應用三維不規(guī)則泡沫
    6.4 仿真分析與比較
        6.4.1 載荷施加計算
        6.4.2 結(jié)果比較
    6.5 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 展望
參考文獻
致謝



本文編號：4031046