CN111291512A - 一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法 - Google Patents
一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111291512A CN111291512A CN202010073428.4A CN202010073428A CN111291512A CN 111291512 A CN111291512 A CN 111291512A CN 202010073428 A CN202010073428 A CN 202010073428A CN 111291512 A CN111291512 A CN 111291512A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gyroid
- model
- thermal resistance
- thermal
- value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 238000009413 insulation Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000013461 design Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 17
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 9
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 6
- 230000008676 import Effects 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 4
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 3
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
本发明是一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，首先得到Gyroid晶格结构的关键值t—热阻RG对应关系；接着得到模型的热分布数值云图；进一步根据模型三维空间内的温度数值对模型内部进行区域划分，计算出理想状况下的模型内部各区域分配的关键值t大小和热阻RG大小，形成一组数据；接着通过调整关键值t的取值区间，进入上一步的迭代循环，直至关键值t到达限制的上下限；最后比较迭代循环过程得到的各组数据，取整体热阻值R0最大的模型的内部区域关键值t的分布，并进行模型建模。通过该种设计方法得到优化后的具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构，能够实现热工况条件下复杂模型的高实用性、高适应性的优化设计。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造与优化设计技术领域，具体的说是一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法。
背景技术
点阵结构又称晶格结构，相比固体材料，由于其结构特点，本身具有很多独特的功能特性：轻质高强、防热隔热、吸波减振等等。且设计出的模型可直接通过3D打印技术输出实体模型，因此近些年来逐渐成为3D打印的重点设计对象。
目前关于点阵结构热性能的研究，多集中于模型件的力性能优化上。关于热性能的研究多为二维、单向的，通过起点面与终点面的热量差值判断点阵结构隔热散热性能的好坏，探索点阵结构直接传热的优化方向。
当研究的目标件是对其内部各个区域的工作环境温度有不同要求时，如何对三维模型内不同区域的温度进行控制和优化，成为模型优化设计领域亟待解决的难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，针对三维变密度隔热晶格结构，提供了一种对其内部各个区域的工作环境温度有不同要求条件时的复杂模型优化设计方法，具有高实用性和高适应性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：当目标件对内部各个区域的工作环境温度有不同要求时，对三维模型内不同区域的温度进行控制和优化，具体步骤如下：
步骤1，根据Gyroid结构的形貌变化特性，生成不同密度下的Gyroid晶格结构单胞，并对不同密度下的Gyroid单胞结构的热阻值进行记录；拟合得到Gyroid晶格结构的关键值t—热阻RG对应关系；
步骤2：导入要优化设计的目标模型，对目标模型进行预处理，用均匀密度的Gyroid结构填充、三维模型网格剖分、热工况条件加载及有限元仿真求解分析，得到模型的热分布数值云图；
步骤3：根据三维空间内的温度数值对模型内部进行区域划分及各区域分类，设立关键值t的取值区间，根据上一步得到的模型内部温度分布情况，结合步骤1统计的关键值t—热阻RG对应关系，计算出理想状况下的模型内部各区域分配的关键值t大小和热阻RG大小，形成一组数据；
步骤4：根据本发明设计的三维模型热阻大小等效关系式，根据步骤3得到数据中各区域热阻RG的大小，计算优化模型的整体热阻R0大小进行记录，调整关键值t的取值区间，再次进入步骤3的迭代循环，当关键值t的上下限分别到达Gyroid结构限制的t上下限时，结束循环；
步骤5：比较迭代循环过程得到的各组数据，取整体热阻值R0最大的模型的内部区域关键值t的分布，以MC成型算法进行模型建模，得到目标模型优化后的具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构。
所述的步骤1的具体流程如下：
步骤1.1，建立Gyroid结构的基础函数式并加以成型，分析Gyroid结构隐式函数式中的关键值t与Gyroid结构形貌特征的对应关系，通过调整关键值t，构建不同密度大小的Gyroid类型的晶格单胞；
步骤1.2，根据热阻的数学式定义设计Gyroid单胞的热阻大小计算方法；
步骤1.3，获取Gyroid曲面的热性能变化规律，通过计算不同关键值t下的Gyroid单胞结构热阻值，记录Gyroid晶格结构的关键值t—热阻RG对应关系。
所述的步骤1.2中，所述的Gyroid单胞的热阻大小计算方法包括但不限于分层计算方法。
所述的步骤2的具体流程如下：
步骤2.1，导入目标模型的三维拓扑信息数据，对要进行优化的目标件予以均匀Gyroid结构的填充；
步骤2.2，根据目标模型的热应用要求或热工作条件，对四面体网格模型设定施加热载荷和约束条件，然后进行有限元仿真分析，得到模型工作时的热分布云图及内部各区域温度值大小。
所述的步骤2.2中对要进行优化的目标件予以均匀Gyroid结构的填充通过MC成型算法和布尔运算实现，接着对填充后的结构进行四面体网格剖分。
所述的步骤3的具体流程如下：
步骤3.1，获得步骤2.2得到的有限元分析结果，根据三维空间内的温度数值对模型内部进行区域划分及各区域分类；
步骤3.2，设立关键值t的取值区间，根据温度数值的分布情况，给每个体素区域进行由温度值到关键值t的插值映射，记录每个区域的t值；
步骤3.3，结合步骤1中得到的关键值t—热阻RG对应关系，映射出各个体素区域内的热阻值RG的大小。
所述的步骤4的具体流程如下：
步骤4.1，根据模型热阻的排布规律，确定模型整体热阻R0的计算方法，根据步骤3.2中得到的各区域热阻RG的大小计算整体热阻R0大小；
步骤4.2，调整关键值t的取值区间，返回步骤3.2，重复操作直到关键值t取值区间的上下限到达Gyroid结构限制的t上下限。
所述的步骤4.1中模型整体热阻R0的计算方法为热流通过模型时将按最小热阻力原则，在单元体内遇到不同热阻大小时将以不同路径分流经过。将每个体素单元视为热阻单元，根据热传导的方法，按照先垂直后平行的顺序，进行热阻及其导热系数的计算。
该种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法能够产生的有益效果为：利用最小热阻法分别导出连通孔型晶格结构的综合导热系数、材料总等效导热系数。通过调整关键值t的取值区间，进入迭代循环，最终在获取得到的多组数据中，取整体热阻值R0最大的模型的内部区域关键值t分布，最终得到最优化的变密度Gyroid晶格结构。该种方法能够实现热工况条件下复杂模型的高实用性、高适应性的优化设计。
附图说明
图1为本发明一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法的工作流程图。
图2为本发明一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法的标准Gyroid单元结构示意图。
图3为本发明一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法的标准Gyroid阵列结构示意图。
图4为本发明一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法中关键值t＝0时对应的曲面形貌示意图。
图5为本发明一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法中关键值t＝0.9时对应的曲面形貌示意图。
图6为本发明一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法中切层以求表面积的截面图。
图7为本发明一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法中温度分区处理流程示意图。
图8为本发明一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法中优化后模型的轴向二测图。
图9为本发明一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法中优化后模型的正视图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：当目标件对内部各个区域的工作环境温度有不同要求时，对三维模型内不同区域的温度进行控制和优化，具体步骤如下：
步骤1，根据Gyroid结构的形貌变化特性，生成不同密度下的Gyroid晶格结构单胞，并对不同密度下的Gyroid单胞结构的热阻值进行记录；拟合得到Gyroid晶格结构的关键值t—热阻RG对应关系；
步骤2：导入要优化设计的目标模型，对目标模型进行预处理，用均匀密度的Gyroid结构填充、三维模型网格剖分、热工况条件加载及有限元仿真求解分析，得到模型的热分布数值云图；
步骤3：根据三维空间内的温度数值对模型内部进行区域划分及各区域分类，设立关键值t的取值区间，根据上一步得到的模型内部温度分布情况，结合步骤1统计的关键值t—热阻RG对应关系，计算出理想状况下的模型内部各区域分配的关键值t大小和热阻RG大小，形成一组数据；
步骤4：根据本发明设计的三维模型热阻大小等效关系式，根据步骤3得到数据中各区域热阻RG的大小，计算优化模型的整体热阻R0大小进行记录，调整关键值t的取值区间，再次进入步骤3的迭代循环，当关键值t的上下限分别到达Gyroid结构限制的t上下限时，结束循环；
步骤5：比较迭代循环过程得到的各组数据，取整体热阻值R0最大的模型的内部区域关键值t的分布，以MC成型算法进行模型建模，得到目标模型优化后的具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构。
进一步的，步骤1具体流程如下：
步骤1.1：建立Gyroid结构的基础函数式并加以成型。分析Gyroid结构隐式函数式中的关键值t与Gyroid结构形貌特征的对应关系，通过调整关键值t，构建不同密度大小的Gyroid类型的晶格单胞。
以晶胞为基本微观单元的晶格曲面包括Schwartz结构、Diamond结构、Gyroid结构等，该类晶格曲面又称为三重最小周期曲面，即TPMS，可根据对应的隐式函数式使用几何建模算法生成三维曲面模型。其中，Gyroid曲面为最常用的晶格曲面结构，相比于传统的三维点阵多孔结构具有更为复杂的曲面形态，可调控性强，减质降重且机械强度性能优秀。
Gyroid结构如图2和图3所示所示，其隐表达式可写为：
sin(kx)cos(ky)+sin(ky)cos(kz)+sin(kz)cos(kx)＝t (1)
式中，k为常数项，x、y、z为笛卡尔坐标下三个方向的坐标值，t为可调控的关键值。式中关键值t决定了隐式曲面对应的等值面的大小，用于调节晶格曲面的分布密度。通过关键值t值的调整，得到如图4或图5所示的不同关键值t值对应的Gyroid曲面形态。当关键值t值增加时，对应的晶格单元的密度减少；当关键值t值减少时，对应的晶格单元的密度增大。
关系可近似表现为：
ρD＝0.5-0.418*t (2)
其中ρD表示晶格单元的密度值，t为关键值。因Gyroid结构自身的特性，关键值t值存在上下限，近似为t∈[-1.4,1.4]，通过调整隐式函数的关键值t，可构建不同密度大小的Gyroid晶格单胞。
步骤1.2：根据热阻的数学式定义设计Gyroid单胞的热阻大小计算方法，本实施例中采用分层的计算方法。
通过调整隐式函数的参数值，可以在包围空间内构建不同单元尺寸、不同分布密度的晶格曲面。为了探索Gyroid曲面的性能特性，从而更有效地调整晶格曲面的空间形态分布，实现整个模型隔热性能的效果。首先我们需要对不同的Gyroid曲面的热性能做分析和统计。
热阻指的是当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值。单位为开尔文每瓦特(K/W)或摄氏度每瓦特(℃/W)。根据热阻的概念，热流通过单元体的导热热阻为
R0＝L/(Aλ0) (3)
式中，R0表示模型的热阻大小，L表示沿传热方向的长度距离，A表示通热面积，λ0表示综合导热系数，且
A＝L2 (4)
因此有
R0＝1/(Lλ0) (5)
这种计算方法仅适用于单个的简单形貌的模型，对于目标模型的热阻大小的计算需要通过后面提到的其他方法。
利用该公式求解不同密度、尺寸下的Gyroid单个晶胞的热阻大小。对模型采用分层提取的方法，计算模型的热阻大小。改进后的热阻计算公式为
式中，R0表示模型的热阻大小，
dl表示平行于传热方向的从模型起点到终点的积分，A表示模型切层的截面积，λ表示模型材料的导热系数。
步骤1.3：探索Gyroid曲面的热性能变化规律，通过分层算法计算不同关键值t下的Gyroid单胞结构热阻值。记录Gyroid晶格结构的关键值t—热阻RG对应关系。
通过MC成型算法，建模不同关键值t下的Gyroid单胞结构。对Gyroid单胞结构进行分层操作，这里切层的方向垂直于热传导的方向。切层的形貌如图6所示。计算每个切层的截面积，代入热阻计算公式(6)中，计算得到不同关键值t下的Gyroid单胞的热阻大小。进行统计，并用数学表达式拟合出关键值t—热阻RG的对应关系。
进一步的，步骤2具体流程如下：
步骤2.1：导入目标模型的三维拓扑信息数据，对要进行优化的目标件予以均匀Gyroid结构的填充，这主要通过MC成型算法和布尔运算实现，接着对填充后的结构进行四面体网格剖分。
步骤2.2：根据目标模型的热应用要求或热工作条件，对四面体网格模型设定施加热载荷和约束条件，然后进行有限元仿真分析，得到模型工作时的热分布云图及内部各区域温度值大小。
进一步的，步骤3具体流程如下：
步骤3.1：结合步骤2得到的有限元分析结果，根据三维空间内的温度数值对模型内部进行区域划分及各区域分类。
对模型内部用温度扩散方法进行区域划分。根据模型内部各个顶点和单元的温度值大小对模型传热区域进行分类划分，按最大温度值的20％和80％为界限，分为高温度区域(HR)，过渡区域(IR)以及低温度区域(LR)三部分，如图7所示。其中高温度区域与低温度区域利用本文提出的温度扩散方法进行划分，在高温度区域与低温度区域以外的部分则自动归为过渡区域。
以高应力区域为例，温度扩散方法步骤如下：
(1)对模型顶点温度进行升序排列，找到最大温度值HT；
(2)遍历属于模型内的顶点，设定比例值scale为80％，以温度值在[scale*HT,HT]之间的顶点作为高温度点；
(3)设定边长为L的体素单元，以此单元为基础单胞，沿三坐标方向阵列排布构建一个包含模型的最小AABB包围盒；
(5)依次统计每个单元体素内包含的点数以及高温度点数，当该体素空间内高温度点占总点数的60％以上时，该体素边界标记为高温度区域(HR)，直到所有体素单元遍历完；
将比例值scale替换为20％，体素单元L长度和AABB包围盒沿用高温度区域划分中的数值，使用相同的步骤可以完成低温度区域的划分，这样也可以保证体素单元尺寸一致，节省空间开销。在包围盒内，未被标记为高温度区域或者低温度区域的体素单元，将自动划分为过渡区域，如图7所示。
步骤3.2：设立关键值t的取值区间，根据温度数值的分布情况，给每个体素区域进行由温度值到关键值t的插值映射，记录每个区域的t值。
以关键值t∈[-0.5,0.5]为例，被标记为高温度区域的体素单元，赋值关键值t＝0.5；被标记为低温度区域的体素单元，赋值关键值t＝-0.5。
对于过渡区域，由各个过渡区域内所有顶点的温度值计算得到区域平均温度TIR，设立线性映射关系式计算各个过渡区域内的关键值tIR：
式中tmax、tmin代表此时关键值t所取的上下限，LT代表模型内部顶点的最低温度值。对每个体素单元依次处理，得到AABB包围盒内所有体素单元的关键值t的大小。
步骤3.3：结合1.3得到的关键值t—热阻RG对应关系，映射出各个体素区域内的热阻值RG的大小。整合得到一组数据记录当关键值t∈[-0.5,0.5]时，模型内部各区域应该分配的关键值t的大小和对应的热阻RG的大小。
进一步的，步骤4具体流程如下：
步骤4.1：根据模型热阻的排布规律，确定模型整体热阻R0的计算方法，根据步骤3.2中得到的各区域热阻RG的大小计算整体热阻R0大小。
热流通过模型时将按最小热阻力原则，在单元体内遇到不同热阻大小时将以不同路径分流经过。将每个体素单元视为热阻单元，根据热传导的方法，按照先垂直后平行的顺序，进行热阻及其导热系数的计算。
先计算垂直于热流方向，每个平面上所有体素单元的总热阻Rv，计算式为
再计算平行方向所有等效热阻的和，得到整体热阻R0，计算式为
根据该热阻计算方程式，对步骤3.2中得到的模型结构进行整体热阻大小的计算和记录。
步骤4.2：调整关键值t的取值区间，返回步骤3.2，重复操作直到关键值t取值区间的上下限到达Gyroid结构限制的t上下限。
开始迭代循环过程，调整关键值t的取值区间，调整幅度以0.1为例，调整后的关键值[-1.4,1.4]。具体效果表现为增大模型内部过渡温度区域的密度跨度值。将得到的新结果再次进入步骤4.1计算整体热阻R0的大小。
关键值t的取值区间到达Gyroid结构的关键值t上下限[-1.4,1.4]时，终止循环。
最终可以根据步骤5输出如图8和图9所示的晶格结构，该晶格结构为优化后的具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：当目标件对内部各个区域的工作环境温度有不同要求时，对三维模型内不同区域的温度进行控制和优化，具体步骤如下：
步骤1，根据Gyroid结构的形貌变化特性，生成不同密度下的Gyroid晶格结构单胞，并对不同密度下的Gyroid单胞结构的热阻值进行记录；拟合得到Gyroid晶格结构的关键值t—热阻RG对应关系；
步骤2：导入要优化设计的目标模型，对目标模型进行预处理，用均匀密度的Gyroid结构填充、三维模型网格剖分、热工况条件加载及有限元仿真求解分析，得到模型的热分布数值云图；
步骤3：根据三维空间内的温度数值对模型内部进行区域划分及各区域分类，设立关键值t的取值区间，根据上一步得到的模型内部温度分布情况，结合步骤1统计的关键值t—热阻RG对应关系，计算出理想状况下的模型内部各区域分配的关键值t大小和热阻RG大小，形成一组数据；
步骤4：根据本发明设计的三维模型热阻大小等效关系式，根据步骤3得到数据中各区域热阻RG的大小，计算优化模型的整体热阻R0大小进行记录，调整关键值t的取值区间，再次进入步骤3的迭代循环，当关键值t的上下限分别到达Gyroid结构限制的t上下限时，结束循环；
步骤5：比较迭代循环过程得到的各组数据，取整体热阻值R0最大的模型的内部区域关键值t的分布，以MC成型算法进行模型建模，得到目标模型优化后的具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构。
2.如权利要求1所述的一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：所述的步骤1的具体流程如下：
步骤1.1，建立Gyroid结构的基础函数式并加以成型，分析Gyroid结构隐式函数式中的关键值t与Gyroid结构形貌特征的对应关系，通过调整关键值t，构建不同密度大小的Gyroid类型的晶格单胞；
步骤1.2，根据热阻的数学式定义设计Gyroid单胞的热阻大小计算方法；
步骤1.3，获取Gyroid曲面的热性能变化规律，通过计算不同关键值t下的Gyroid单胞结构热阻值，记录Gyroid晶格结构的关键值t—热阻RG对应关系。
3.如权利要求2所述的一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：所述的步骤1.2中，所述的Gyroid单胞的热阻大小计算方法包括但不限于分层计算方法。
4.如权利要求1所述的一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：所述的步骤2的具体流程如下：
步骤2.1，导入目标模型的三维拓扑信息数据，对要进行优化的目标件予以均匀Gyroid结构的填充；
步骤2.2，根据目标模型的热应用要求或热工作条件，对四面体网格模型设定施加热载荷和约束条件，然后进行有限元仿真分析，得到模型工作时的热分布云图及内部各区域温度值大小。
5.如权利要求4所述的一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：所述的步骤2.2中对要进行优化的目标件予以均匀Gyroid结构的填充通过MC成型算法和布尔运算实现，接着对填充后的结构进行四面体网格剖分。
6.如权利要求4所述的一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：所述的步骤3的具体流程如下：
步骤3.1，获得步骤2.2得到的有限元分析结果，根据三维空间内的温度数值对模型内部进行区域划分及各区域分类；
步骤3.2，设立关键值t的取值区间，根据温度数值的分布情况，给每个体素区域进行由温度值到关键值t的插值映射，记录每个区域的t值；
步骤3.3，结合步骤1中得到的关键值t—热阻RG对应关系，映射出各个体素区域内的热阻值RG的大小。
7.如权利要求6所述的一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：所述的步骤4的具体流程如下：
步骤4.1，根据模型热阻的排布规律，确定模型整体热阻R0的计算方法，根据步骤3.2中得到的各区域热阻RG的大小计算整体热阻R0大小；
步骤4.2，调整关键值t的取值区间，返回步骤3.2，重复操作直到关键值t取值区间的上下限到达Gyroid结构限制的t上下限。
8.如权利要求7所述的一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：所述的步骤4.1中模型整体热阻R0的计算方法为热流通过模型时将按最小热阻力原则，在单元体内遇到不同热阻大小时将以不同路径分流经过。将每个体素单元视为热阻单元，根据热传导的方法，按照先垂直后平行的顺序，进行热阻及其导热系数的计算。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010073428.4A CN111291512B (zh) | 2020-01-22 | 2020-01-22 | 一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010073428.4A CN111291512B (zh) | 2020-01-22 | 2020-01-22 | 一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111291512A true CN111291512A (zh) | 2020-06-16 |
| CN111291512B CN111291512B (zh) | 2021-08-31 |
Family
ID=71021313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010073428.4A Active CN111291512B (zh) | 2020-01-22 | 2020-01-22 | 一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111291512B (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112036063A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-12-04 | 燕山大学 | 用于增材制造的三周期极小曲面变密度点阵结构设计方法 |
| CN112191849A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-01-08 | 重庆邮电大学 | 基于温度分布的梯度多孔散热装置设计及增材制造方法 |
| CN112926241A (zh) * | 2021-02-02 | 2021-06-08 | 重庆交通大学绿色航空技术研究院 | 构造轻量化晶格结构单元的方法 |
| CN113051805A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-06-29 | 湖南工业职业技术学院 | 一种基于变密度点阵结构的航空齿轮及其设计方法 |
| CN114619050A (zh) * | 2020-12-11 | 2022-06-14 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 周期性结构、隔热结构和增材制造方法 |
| CN116013442A (zh) * | 2023-03-22 | 2023-04-25 | 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 | 一种防热材料设计方法、装置、设备及可读存储介质 |
| CN119918226A (zh) * | 2025-04-01 | 2025-05-02 | 南京航空航天大学 | 一种基于Gyroid函数调控的TPMS结构改进方法及换热器结构 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101760183A (zh) * | 2009-12-30 | 2010-06-30 | 哈尔滨工业大学 | 计算硅锗超晶格材料界面热阻的方法 |
| US20150041708A1 (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-12 | Cornell University | Gyroidal mesoporous carbon materials and methods thereof |
| EP3536354A1 (en) * | 2018-03-05 | 2019-09-11 | Universität Zürich | Synthetic bone and method for manufacturing a synthetic bone using rapid prototyping |
| CN110598358A (zh) * | 2019-09-26 | 2019-12-20 | 华中科技大学 | 一种增材制造应力变形仿真方法、装置、设备及存储介质 |
-
2020
- 2020-01-22 CN CN202010073428.4A patent/CN111291512B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101760183A (zh) * | 2009-12-30 | 2010-06-30 | 哈尔滨工业大学 | 计算硅锗超晶格材料界面热阻的方法 |
| US20150041708A1 (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-12 | Cornell University | Gyroidal mesoporous carbon materials and methods thereof |
| EP3536354A1 (en) * | 2018-03-05 | 2019-09-11 | Universität Zürich | Synthetic bone and method for manufacturing a synthetic bone using rapid prototyping |
| CN110598358A (zh) * | 2019-09-26 | 2019-12-20 | 华中科技大学 | 一种增材制造应力变形仿真方法、装置、设备及存储介质 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112036063A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-12-04 | 燕山大学 | 用于增材制造的三周期极小曲面变密度点阵结构设计方法 |
| CN112036063B (zh) * | 2020-08-17 | 2022-03-15 | 燕山大学 | 用于增材制造的三周期极小曲面变密度点阵结构设计方法 |
| CN112191849A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-01-08 | 重庆邮电大学 | 基于温度分布的梯度多孔散热装置设计及增材制造方法 |
| CN114619050A (zh) * | 2020-12-11 | 2022-06-14 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 周期性结构、隔热结构和增材制造方法 |
| CN112926241A (zh) * | 2021-02-02 | 2021-06-08 | 重庆交通大学绿色航空技术研究院 | 构造轻量化晶格结构单元的方法 |
| CN112926241B (zh) * | 2021-02-02 | 2023-02-24 | 重庆交通大学绿色航空技术研究院 | 构造轻量化晶格结构单元的方法 |
| CN113051805A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-06-29 | 湖南工业职业技术学院 | 一种基于变密度点阵结构的航空齿轮及其设计方法 |
| CN113051805B (zh) * | 2021-06-02 | 2021-08-10 | 湖南工业职业技术学院 | 一种基于变密度点阵结构的航空齿轮及其设计方法 |
| CN116013442A (zh) * | 2023-03-22 | 2023-04-25 | 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 | 一种防热材料设计方法、装置、设备及可读存储介质 |
| CN119918226A (zh) * | 2025-04-01 | 2025-05-02 | 南京航空航天大学 | 一种基于Gyroid函数调控的TPMS结构改进方法及换热器结构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111291512B (zh) | 2021-08-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111291512A (zh) | 一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法 | |
| CN110110413B (zh) | 一种基于材料场缩减级数展开的结构拓扑优化方法 | |
| CN111737835B (zh) | 基于三周期极小曲面的三维多孔散热结构的设计与优化方法 | |
| WO2022000132A1 (zh) | 基于三周期极小曲面的三维多孔散热结构的设计与优化方法 | |
| CN106373184B (zh) | 一种三维打印模型摆放所需支撑量快速估算方法 | |
| CN110069800B (zh) | 具有光滑边界表达的三维结构拓扑优化设计方法及设备 | |
| CN110008529B (zh) | 一种基于三周期极小曲面的多尺度多孔支架设计方法 | |
| CN108327287B (zh) | 一种三周期极小曲面三维打印切片轮廓的快速生成方法 | |
| CN102508973B (zh) | 产品stl模型快速求交方法 | |
| CN112949153B (zh) | 一种用于周期性结构复合材料高温下传热特性的快速预测方法 | |
| CN112446177B (zh) | 一种高温碳化炉外部保温材料隔热性能的模拟方法 | |
| CN113094944B (zh) | 一种微流道散热器及其细观尺度拓扑优化设计方法 | |
| CN112231900B (zh) | 一种变物性拓扑优化方法 | |
| CN113128159B (zh) | 混合流线迎风有限体积有限元方法、模型数值离散系统 | |
| CN106682299A (zh) | 一种用于激光选区烧结砂型分区域变强度的设计制造方法 | |
| CN109960878A (zh) | 一种面向高超声速飞行器总体的主/被动热防护系统耦合设计方法 | |
| WO2022099712A1 (zh) | 一种高温碳化炉中石墨棒加热性能的模拟方法 | |
| CN113650301A (zh) | 一种基于水平集的3d打印填充路径规划方法 | |
| CN102622467A (zh) | 包含多种构件的三维有限元网格自动剖分方法 | |
| CN118520607A (zh) | 一种考虑流固换热性能和刚度的曲面胞元结构及其优化设计方法 | |
| CN117010241A (zh) | 场引导的晶格结构自动化设计方法 | |
| WO2022099716A1 (zh) | 一种高温碳化炉外部保温材料隔热性能的模拟方法 | |
| CN115438551A (zh) | 一种计算发动机燃烧室隔热效能的cfd-fem联合仿真方法 | |
| CN105138766B (zh) | 基于模糊聚类的高超声速气动热降阶模型的加点方法 | |
| CN106780747B (zh) | 一种快速分割cfd计算网格的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |