摘要

多胞結(jié)構(gòu)是一類具有復(fù)雜孔洞特征且兼具特定力學(xué)性能的跨尺度結(jié)構(gòu)。多胞結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)空間中幾何特征的復(fù)雜拓?fù)潢P(guān)系，增加了其在制造空間中成形難度。本文為突破多胞結(jié)構(gòu)的自支撐特性設(shè)計(jì)，提出基于幾何特征演化的多胞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。從幾何特征出發(fā)，研究了桿單元的疊加組合方式，分析了桿單元空間位姿、單胞剛度矩陣、單胞密度之間的映射關(guān)系，建立了桿單元幾何特征驅(qū)動(dòng)的二維與三維單胞模型；結(jié)合拓?fù)鋬?yōu)化方法，推導(dǎo)了多胞結(jié)構(gòu)的靈敏度，構(gòu)建了單胞匹配的多胞結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型；結(jié)合胞體中桿單元的空間位姿，分析了單胞間共享?xiàng)U單元以及單胞內(nèi)獨(dú)享?xiàng)U單元的成形角分布范圍，設(shè)計(jì)了桿單元成形角匹配的搜索算法，建立了具有自支撐特性的制造體素，實(shí)現(xiàn)了多胞結(jié)構(gòu)的自支撐設(shè)計(jì)。最后通過二維懸臂梁與三維支架的優(yōu)化實(shí)例，詳細(xì)說明了多胞結(jié)構(gòu)制造體素構(gòu)建過程，并利用增材制造設(shè)備的模型切片軟件，驗(yàn)證了所提方法的有效性，為多胞結(jié)構(gòu)的自支撐設(shè)計(jì)提供了新的理論依據(jù)和方法途徑。

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責(zé)任編輯：杜蔚杰

責(zé)任校對(duì)：張 強(qiáng)

審　　核：張　彤

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