CN105205213B - 一种点阵材料等效力学性能分析系统 - Google Patents

一种点阵材料等效力学性能分析系统 Download PDF

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Abstract

一种点阵材料等效力学性能分析系统，涉及材料等效性能分析领域，具体涉及多孔材料等效性能分析领域。本发明为了解决现有的点阵材料分析过程需要消耗大量人力物力的问题或需要配备专业的科技工作者的问题。一种点阵材料等效力学性能分析系统包括：单一任务数据输入模块，用于单一任务下的点阵材料等效力学性能分析的数据输入；批量外部数据读取模块，用于读取用户的批量任务数据库中的数据；分析核心模块，用于计算并分析点阵材料等效力学性能；结果输出模块，用于输出待分析材料对象的结构等效平压模量，结构等效剪切模量，结构等效平压强度，结构等效剪切强度。本发明适用于点阵材料分析。

Description

一种点阵材料等效力学性能分析系统
技术领域
本发明涉及材料等效性能分析领域，具体涉及多孔材料等效性能分析领域。
背景技术
随着航空航天技术等工程技术的高速发展，对轻质，高强材料的需求更加迫切，因此包括三维点阵材料在内的多孔材料的研究愈加被科研工作者所重视。
现代航天航空工业多要求其部件在承载的同时能提供功率、执行传感，隔热等多功能应用，从而大幅降低其重量。因此在航空航天相关设计中，既要考虑到结构的功能性应用需要，同时又需要其刚度及强度等力学性能满足一定的条件。
基于以上情况，作为一种航空航天工业中常用的多孔材料，点阵材料分析的方法就显得尤为重要；例如在某些航空航天设计中，获取点阵材料的性能是工程及设计必要的过程，实现这个过程有以下方法：
(1)直接通过实验测量；通过这种方法获得的材料数据虽然准确，但是需要消耗大量的人力物力，而且需要消耗大量的时间，严重影响航空航天设计的周期。
(2)通过有限元软件计算；鉴于直接通过实验测量的方法的缺陷，科技工作者借助有限元软件对实际航天应用的材料进行计算和分析，帮助航天科技工作减少了大量的人力物力，但是这种方法需要大量的专业人员进行，并且需要大量的建模，网格划分，计算及后处理等工作给一般的设计和科研工作带来困难。
(3)通过人工估算；这种方法准确度不如有限元计算，但是人力消耗相对于通过有限元软件计算的方法的消耗要少的多，但是需要更加专业的工作者。并且在面对大批量任务时任然需要投入较多的人力。
发明内容
本发明为了解决现有的点阵材料分析过程需要消耗大量人力物力的问题或需要配备专业的科技工作者的问题。
一种点阵材料等效力学性能分析系统，包括：单一任务数据输入模块、批量外部数据读取模块、分析核心模块和结果输出模块；
其中，
单一任务数据输入模块，用于单一任务下的点阵材料等效力学性能分析的数据输入，并将这些数据传递给分析核心模块；单一任务处理子系统以友好界面实现用户的数据输入；包括点阵类型及其拓扑类型选择子模块、单一任务基本数据输入子模块；
点阵类型及其拓扑类型选择子模块，用于选择待分析材料对象的单胞类型及其拓扑方式，杆件的信息和原材料的类型；
单一任务基本数据输入子模块，用于输入点阵材料杆件长度、角度、原材料的材料参数；
点阵类型及其拓扑类型选择模块将点阵类型及其拓扑类型传递给单一任务基本数据输入模块，单一任务基本数据输入模块以可视化交互的方式(友好界面)获取用户输入数据，包括点阵材料杆件长度、角度、原材料的材料参数；然后将这些数据传递给分析核心模块；
批量外部数据读取模块，用于读取用户的批量任务数据库中的数据，并将这些数据传递给分析核心模块；
分析核心模块，集成了国内外点阵材料研究中常用的点阵类型计算方式，通过调用单一任务基本数据输入模块或者批量外部数据读取模块中的数据，计算并分析点阵材料等效力学性能并将结果传递给结果输出模块；
结果输出模块，用于输出待分析材料对象的结构等效平压模量，结构等效剪切模量，结构等效平压强度，结构等效剪切强度。
本发明具有以下有益效果：
1、用本发明的系统进行材料分析能够节省大量的人力物力。
2、本发明具备“单一任务数据输入模块”，是友好的人机交互界面，而且各个选择选项结构清晰，供选择模型十分丰富，使研究人员和工作者操作更加简易，结果也较为准确。该模块的使用无需配备大量的科技工作者，尤其是有航天材料经验的科技工作者，给高校或起步初期企业的研究人员或工作者带来了方便；而且本系统操作简单，降低了航天材料研究的门槛，极大方便了高校或起步初期企业的研究人员或工作者。
3、且本发明具备“批量外部数据读取模块”，可以批量的进行点阵材料分析，能够大幅缩短材料分析的时间。并且可用于多参数分析，为结构的设计工作提供了便利。
附图说明
图1为一种点阵材料等效力学性能分析系统的示意图；
图2为一种点阵材料等效力学性能分析系统中点阵类型及其拓扑类型选择界面图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，
一种点阵材料等效力学性能分析系统，包括：单一任务数据输入模块、批量外部数据读取模块、分析核心模块和结果输出模块；
其中，
单一任务数据输入模块，用于单一任务下的点阵材料等效力学性能分析的数据输入，并将这些数据传递给分析核心模块；单一任务处理子系统以友好界面实现用户的数据输入；包括点阵类型及其拓扑类型选择子模块、单一任务基本数据输入子模块；
点阵类型及其拓扑类型选择子模块，用于选择待分析材料对象的单胞类型及其拓扑方式，杆件的信息和原材料的类型；
单一任务基本数据输入子模块，用于输入点阵材料杆件长度、角度、原材料的材料参数；
点阵类型及其拓扑类型选择模块将点阵类型及其拓扑类型传递给单一任务基本数据输入模块，单一任务基本数据输入模块以可视化交互的方式(友好界面)获取用户输入数据，包括点阵材料杆件长度、角度、原材料的材料参数；然后将这些数据传递给分析核心模块；
批量外部数据读取模块，用于读取用户的批量任务数据库中的数据，并将这些数据传递给分析核心模块；
分析核心模块，集成了国内外点阵材料研究中常用的点阵类型计算方式，通过调用单一任务基本数据输入模块或者批量外部数据读取模块中的数据，计算并分析点阵材料等效力学性能并将结果传递给结果输出模块；
结果输出模块，用于输出待分析材料对象的结构等效平压模量，结构等效剪切模量，结构等效平压强度，结构等效剪切强度。
该系统存在适应于windows系统、安卓系统、mac系统环境和网页插件形式的版本。
具体实施方式二：
如图2，本实施方式所述点阵类型及其拓扑类型选择子模块包括
单胞类型选择项、单胞拓扑方式选择项、杆件截面选择项、截面参数输入项和材料类型选择项；
其中，
单胞类型选择项，用于选择单胞类型；
单胞拓扑方式选择项，用于读取单胞类型选择项的数据，然后选择单胞拓扑方式；
杆件截面选择项，用于选择杆件选择截面类型；
截面参数输入项，用于读取杆件截面选择项的数据，然后输入点阵结构杆件的截面参数；
材料类型选择项，用于选择材料类型；
其他模块和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：
本实施方式所述单胞类型包括：金字塔型，四面体型，Kagome型，八面体型，八杆体型，八面体稀疏型以及这些结构的相似类型；
这些结构类型指目前国内外相关科学研究中公认的结构类型名称或者其直译，这些结构类型同时存在其他名称或者译法，但其实质的结构类型是一致的，所以不应该把不同名称的相同结构类型看为其他结构类型，应将其均视为一种结构类型；
其他模块和参数与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：
本实施方式所述单胞拓扑方式包括以下方式：
单胞类型为金字塔型时，单胞的拓扑方式包括常规型(面板节点连接4杆件)及稀疏型(面板节点连接2杆件)；
单胞类型为四面体型或Kagome型时，单胞的拓扑方式包括常规型(面板节点连接3杆件)及密集型(面板节点连接6杆件)；
单胞类型为八面体型时，单胞的拓扑方式包括常规型(内部节点连接8杆件)；
单胞类型为八面体稀疏型时，单胞的拓扑方式包括常规型(内部节点连接12杆件)及非常规型(内部节点平均连接10杆件)；
其他模块和参数与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：
本实施方式所述杆件截面类型包括：圆型截面，长方形(包括正方形)截面，薄壁圆环截面，厚壁圆环截面，以及自定义截面(任意截面)；
其他模块和参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：
本实施方式所述材料类型包括：各项同性材料和各项异性材料。
其他模块和参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：
本实施方式所述各项同性材料包括：Ti合金，AL合金，低碳钢。
其他模块和参数与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：
本实施方式所述各项异性材料包括：长纤维增强复合材料。
其他模块和参数与具体实施方式六相同。

Claims (7)

1.一种点阵材料等效力学性能分析系统，其特征在于该系统包括：单一任务数据输入模块、批量外部数据读取模块、分析核心模块和结果输出模块；
其中，
单一任务数据输入模块，用于单一任务下的点阵材料等效力学性能分析的数据输入，并将这些数据传递给分析核心模块；包括点阵类型及其拓扑类型选择子模块、单一任务基本数据输入子模块；
点阵类型及其拓扑类型选择子模块，用于选择待分析材料对象的单胞类型及其拓扑方式，杆件的信息和原材料的类型；所述点阵类型及其拓扑类型选择子模块包括：
单胞类型选择项、单胞拓扑方式选择项、杆件截面选择项、截面参数输入项和材料类型选择项；
其中，
单胞类型选择项，用于选择单胞类型；
单胞拓扑方式选择项，用于读取单胞类型选择项的数据，然后选择单胞拓扑方式；
杆件截面选择项，用于选择杆件选择截面类型；
截面参数输入项，用于读取杆件截面选择项的数据，然后输入点阵结构杆件的截面参数；
材料类型选择项，用于选择材料类型；
单一任务基本数据输入子模块，用于输入点阵材料杆件长度、角度、原材料的材料参数；
批量外部数据读取模块，用于读取用户的批量任务数据库中的数据，并将这些数据传递给分析核心模块；
分析核心模块，集成了国内外点阵材料研究中常用的点阵类型计算方式，通过调用单一任务基本数据输入模块或者批量外部数据读取模块中的数据，计算并分析点阵材料等效力学性能并将结果传递给结果输出模块；
结果输出模块，用于输出待分析材料对象的结构等效平压模量，结构等效剪切模量，结构等效平压强度，结构等效剪切强度。
2.根据权利要求1所述的一种点阵材料等效力学性能分析系统，其特征在于，
所述单胞类型包括：金字塔型，四面体型，Kagome型，八面体型，八杆体型，八面体稀疏型。
3.根据权利要求2所述的一种点阵材料等效力学性能分析系统，其特征在于，
所述单胞拓扑方式包括以下方式：
单胞类型为金字塔型时，单胞的拓扑方式包括常规型及稀疏型；
单胞类型为四面体型或Kagome型时，单胞的拓扑方式包括常规型及密集型；
单胞类型为八面体型时，单胞的拓扑方式包括常规型；
单胞类型为八面体稀疏型时，单胞的拓扑方式包括常规型及非常规型。
4.根据权利要求3所述的一种点阵材料等效力学性能分析系统，其特征在于，
所述杆件截面类型包括：圆型截面，长方形截面，薄壁圆环截面，厚壁圆环截面，以及自定义截面。
5.根据权利要求4所述的一种点阵材料等效力学性能分析系统，其特征在于，
所述材料类型包括：各项同性材料和各项异性材料。
6.根据权利要求5所述的一种点阵材料等效力学性能分析系统，其特征在于，
所述各项同性材料包括：Ti合金，AL合金，低碳钢。
7.根据权利要求5所述的一种点阵材料等效力学性能分析系统，其特征在于，
所述各项异性材料包括：长纤维增强复合材料。
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