(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210870021.3 (22)申请日 2022.07.22 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路2号 申请人 上海宇航系统工程研究所 (72)发明人 牛斌　汪浩天　王帅　冀宾　 刘笑天　顾铖璋　杨睿　 (74)专利代理 机构 辽宁鸿文知识产权代理有限 公司 21102 专利代理师 许明章　王海波 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种匹配热膨胀系数的点阵连接件及其点 阵填充方法 (57)摘要 本发明属于增材设计技术领域， 提出了一种 匹配热膨胀系数的点阵连接件及其点阵填充方 法。 该连接件与前后两零件 连接处匹配相同的热 膨胀系数， 中间部位采用热膨胀系数渐近过渡的 过渡结构。 在此基础上， 通过过渡结构的参数化 建模， 同时保留点阵单胞的几何关系， 根据连接 件的随形网格信息， 对 连接件进行点阵填充建模 设计， 实现单胞在复杂几何连接件体内的自动填 充。 该方法解决异质高低温连接结构连接面上热 应力过大的问题， 很大程度上保证了在温度载荷 作用下结构的机械性能， 同时点阵填充连接件的 点阵自动填充技术， 保证了单胞的完整性及零件 内部单胞的连续性， 实现复杂几何零件的点阵随 形填充。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115292835 A 2022.11.04 CN 115292835 A 1.一种匹配热膨胀系数的点阵连接件， 其特征在于， 该匹配热膨胀系数的点阵连接件 用于连接两个异质高低 温的零件， 其分为前部分、 后部分和中间部分； 前部分、 后部分分别 与零件连接， 且单胞结构保证与连接的零件材料具有相同的等效热膨胀系 数； 中间部分为 过渡结构， 其由过渡单 胞填充而成。 2.根据权利要求1所述的匹配热膨胀系数的点阵连接件， 其特征在于， 所述过渡结构中 过渡单胞采用优化的方法获得， 通过优化过渡结构 中过渡单胞的热膨胀系 数， 以热膨胀系 数为优化 目标， 实现过渡单胞热膨胀系 数的渐近过渡； 并通过在过渡结构 中填充单胞的方 式， 使得过渡结构为热膨胀系数从一侧零件过渡到另一侧零件分布的热膨胀结构。 3.根据权利要求2所述的匹配热膨胀系数的点阵连接件， 其特征在于， 所述过渡单胞的 基本单元为两个双材料曲线四棱锥结构底面连接而成， 双材料曲线四棱锥结构是一种可设 计热膨胀系 数的结构； 根据选定两种不同材料或设计四棱锥的角度的大小， 可改变过渡单 胞的等效热膨胀系 数； 而通过将两个双材料曲线四棱锥结构底面连接， 形成热膨胀系 数可 设计的基本单 元； 将8个基本单元遵循前后对称、 十字对称方式连接， 8个基本单元的顶点连接于一点， 形 成过渡单胞； 以过渡 单胞内四棱锥的夹角为设计变量， 过渡单胞的热膨胀系数为目标函数， 进行优化得到热膨胀系 数渐近过渡的过渡单胞， 实现过渡单胞的正、 零和负膨胀系 数的变 化； 最后将不同构型的过渡单 胞填入过渡结构中从而形成匹配热膨胀系数的点阵连接件。 4.根据权利要求3所述的匹配热膨胀系数的点阵连接件， 其特征在于， 所述过渡单胞的 具体构型 由优化得来， 其中一种 形式是过渡结构全由零膨胀单胞填充而成， 零膨胀单胞通 过调控单 胞内基本单 元中的夹角， 使其热膨胀系数为 零。 5.一种匹配热膨胀系数的点阵连接件的点阵填充方法， 其特征在于， 将过渡结构整体 划分为八节点实体单元， 其分别对应过渡单胞所包含的八个顶点； 根据不同过渡单胞构型 以及顶点位置， 建立过渡单胞的三维模型， 最后利用自动填充功 能将不同构型 的过渡单胞 填充到过渡结构的相应位置， 形成过渡结构的点阵填充模型； 匹配热膨胀系数的点阵连接件的前部分和后部分与中间部分的填充方式一 致。 6.根据权利要求5所述的匹配热膨胀系数的点阵连接件的点阵填充方法， 其特征在于， 具体步骤为； 步骤1、 对所填充的过渡结构进行八节点实体单元网格划分， 获取相应的网格节点位置 信息、 网格节点编号信息及网格数量信息； 步骤2、 建立过渡单胞单元体心及 八顶点位置； 通过获取的网格节点位置信息计算出过 渡单胞的中心点坐标， 通过过渡单胞中心点坐标、 过渡单胞顶点坐标和基本单元 的夹角获 得基本单 元中双材 料曲线四棱锥 底面四个点的坐标， 从而得到绘制过渡单 胞的各个参数； 步骤3、 建立过渡单胞模型； 根据 得到的过渡单胞的各个参数， 连接预先建立好的端点， 形成一条线段或曲线， 通过在线段端点处建立垂直于连线的基准面， 并在基准面内绘制以 此线端点为圆心， 半径为r的圆， 并使圆沿着线段扫描建立出过渡单胞杆件模型； 此时的杆 件截面积根据控制参数r数值的改变进 行改变， 截面形状也可以进 行变化； 为了实现单胞的 可制造性， 通过建立过渡单胞的球角实现杆件顶点的连接， 在之前建立杆件截面的基准面 内绘制出一个以线端点为圆心的半圆， 半径略大于杆件的半径； 通过旋转的指令以半圆直 径为轴， 将半圆旋转 一周从而建立球角； 从而建立完成每 个过渡单 胞的三维模型；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115292835 A 2步骤4、 利用循环语句， 重复步骤3的过程， 使得每个过渡单胞具有不同的网格节点位置 信息及网格编号信息， 从而形成具有不同构型 的过渡单胞， 并将各过渡单胞保存至指定位 置； 步骤5、 把之前建立的具有不同构型的过渡单胞插入到过渡结构的相应位置 中， 过渡结 构与匹配热膨胀系数的点阵连接件的前部 分和后部 分相结合， 从而得到匹配热膨胀系数的 点阵连接件。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115292835 A 3