(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 202210724180.2 (22)申请日 2022.06.24 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 申请人 北京理工大 学重庆创新中心 (72)发明人 孙伟福　阳平平　 (74)专利代理 机构 重庆智慧之源知识产权代理 事务所(普通 合伙) 50234 专利代理师 余洪 (51)Int.Cl. G16C 60/00(2019.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种面向等效刚度定制的多孔材料设计方 法 (57)摘要 本发明提供一种面向等效刚度定制的多孔 材料设计方法， 具体包括多孔材料等效刚度的理 论建模、 理论模型的数值及实验验证， 在给定材 料组成的基础之上， 面向实际应用所需的等效刚 度， 以孔隙率、 孔隙数量、 孔隙分布为设计变量， 采用Voronoi多面体孔实现该多孔材料的设计。 本发明所设计的多孔材料具有各向同性的特征， 同时可实现从0到1的全孔隙率覆 盖及精确控制， 能够在全孔隙率下给出多孔材料等效刚度的理 论预测模型， 进而在大范围下满足等效刚度的定 制化精确设计 。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 115274011 A 2022.11.01 CN 115274011 A 1.一种面向等效刚度定制的多孔材 料设计方法， 其特 征在于， 包括： 根据所需定制多孔材料的等效刚度， 基于与等效刚度对应类型的理论预测模型， 计算 定制多孔材料的孔隙率c； 所述等效刚度包括等效体积模量、 等效剪切模量、 等效杨氏模量 以及等效泊松比中的一种； 所述理论预测模型包括等效体积模量理论预测模型、 等效剪切 模量理论预测模型、 等效杨氏模量理论预测模型和等效泊松比理论预测模型； 所述等效体 积模量理论预测模型包括孔隙率与等效体积模量之 间的映射关系； 所述等效剪切模量理论 预测模型包括孔隙率与等效剪切模量之 间的映射关系； 所述等效杨氏模量理论预测模型包 括孔隙率与等效杨氏模量之 间的映射关系； 所述等效泊松比理论预测模型包括孔隙率与等 效泊松比之间的映射关系； 根据定制多孔材 料的孔隙率c， 确定Voro noi多面体的缩放比例 基于随机顺序吸附算法， 在1 ×1×1单位体积内生成随机点， 作为多孔材料孔隙的数量 分布， 并将生 成的随机点导入Rhino软件， 同时引入 所述缩放比例f， 即可用以生 成孔隙率为 c的周期性 微观结构1 ×1×1多孔材料几何模型。 2.如权利要求1所述的面向等效刚度定制的多孔材料设计方法， 其特征在于， 所述等效 体积模量理论预测模型为： 其中， 为多孔材料的等效体积模量， Em为基体材料的杨氏模量， νm为基体材料的泊松 比； 所述等效剪切模量理论预测模型为： 其中， 为多孔材 料的等效剪切模量， ρ ＝1 ‑c， 为相对密度； 所述等效杨氏模量理论预测模型为： 其中， 为多孔材 料的等效杨氏模量, α 和β 为与相对密度ρ 有关的参数； 所述等效泊松比理论预测模型为： 其中， 为多孔材 料的等效泊松比。 3.如权利要求2所述的面向等效刚度定制的多孔材料设计方法， 其特征在于， 所述用以 生成孔隙率 为c的周期性 微观结构1 ×1×1多孔材料几何模型包括：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115274011 A 2对导入的随机点进行3D阵列， 在3 ×3×3空间内生成周期性分布的三维随机点； 利用 Grasshopper内置的Voronoi  3D多面体生成程序， 基于三维随机点生成由周期性分布的 Voronoi多面体组成 的3×3×3立方体； 基于所述缩放比例f， 对所有Voronoi多面体进行3D 缩放， 获得总体积含量为c的Voronoi多面体组集； 创建1 ×1×1单位体积的立方体， 将其与 缩放后的Voronoi多面体进行布尔差集运算， 获得孔隙率为c的周期性微观结构1 ×1×1多 孔材料几何模型。 4.如权利要求3所述的面向等效刚度定制的多孔材料设计方法， 其特征在于， 所述多孔 材料设计方法还 包括： 根据生成的多孔材料几何模型， 建立有限元数值模型， 对所述有限元数值模型进行静 水拉伸/压缩、 剪切、 单轴拉伸/压缩数值模拟， 获得其等效刚度的模拟结果， 与所需定制的 等效刚度进行对比， 验证设计方法的精确性。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115274011 A 3