应力驱动的2.5D梯度各向异性维诺多孔零件轻量化建模方法

来源：计算机集成制造系统杂志2024年第3期北京时间：

作者：曹伟, 潘文珺, 刘斌, 路平, 江开勇

单位：华侨大学福建省特种能场制造重点实验室/厦门市数字化视觉测量重点实验室

摘要：为了提高多孔零件的设计自由度、内部力学性能梯度与实际应力分布的匹配度,提出一种应力驱动的2.5D梯度各向异性维诺多孔零件轻量化设计方法。将零件有限元分析结果分解为应力标量场和应力方向场,通过加权随机采样算法将应力标量场映射为零件设计域内的维诺站点分布,实现零件内部力学性能的梯度分布;将应力方向场映射为二维黎曼流形,提出一种基于胞元择优方向生长策略的各向异性维诺图生成算法,生成胞元沿黎曼流形分布的各向异性维诺图。在此基础上,通过偏置算法、调和距离场和拉伸算法生成光滑的梯度各向异性维诺多孔零件。最后,采用有限元分析、三点弯曲实验等方法将所设计的多孔零件和其他多孔零件进行比较分析。实验结果表明,所提出的梯度各向异性维诺多孔零件建模方法能有效提升零件内部力学性能梯度与实际应力分布的匹配度,降低材料消耗,实现轻量化设计。

关键词：轻量化设计,多孔结构,各向异性,梯度,维诺图

基金资助：国家自然科学基金资助项目(52175230);福建省引导性资助项目(2020H0015,2019H0014);厦门市科技计划指导项目(3502Z20209051);“3D打印装备与制造福建省高校重点实验室”2020年开放课题(3DPM2001)。