(19)中华 人民共和国 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 202111455463.3 (22)申请日 2021.12.01 (71)申请人 太原科技大 学 地址 030024 山西省太原市万柏林区窊流 路66号 (72)发明人 王朝华　张阳　张同庆　 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种点阵结构晶胞密度分布优化方法 (57)摘要 本发明公开一种点阵结构晶胞密度分布优 化方法， 通过分析点阵结构的几何、 功能、 工 况特 征， 将其内部晶胞填充， 建立点阵结构的实体模 型及有限元模 型； 采用传力路径可视化方法提取 点阵结构实体模 型的主传力路径； 分别计算各个 晶胞中心点到主传力路径之间的最短距离， 以距 离长短作为判定准则来优化晶胞的尺 寸参数， 并 构建晶胞尺 寸优化设计的数学模 型， 通过计算可 得到点阵结构内部新的晶胞密度分布 规律。 本发 明采用传力路径指导结构内部晶胞的密度分布， 可为设计人员提供显式的力学指导， 提出的优化 方法无需建立复杂的数学模型， 可为其他承 载结 构的设计与优化 提供借鉴意义。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 114091311 A 2022.02.25 CN 114091311 A 1.一种点阵结构晶胞密度分布优化方法， 其特 征在于， 其具体包括以下步骤： S1、 分析点阵结构几何特征， 建立内部晶胞中心点坐标集 P(xi，yi)， 根据点阵结构功能、 工况约束， 将内部晶胞孔隙填充， 建立 点阵结构实体模型； S2、 将S1得到的点阵结构实体模型导入有限元软件中， 分析其承载特点， 施加载荷和约 束， 建立实体模型对应的有限元模型； S3、 计算S2得到的有限元模型任意节点C的应变能系数 ， 根据 分布规律拟合出结构 的主传力路径， 具体为： S31、 对步骤S2得到的有限元模型做静力分析， 假设受力节点为A， 约束节点为B， 任意节 点为C， 计算完成后， 提取受力节点A的位移 dA， 根据表达式 （1） 计算出 结构的整体 应变能U；             （1） 其中，PA为在受力节点A施加的载荷， KAA、KAC为点A相对于点A、 点C的刚度， dC为任意节点 C产生的位移； S32、 删除有限元模型中的受力节点载荷， 保持约束条件不变， 固定任意节点C， 将S31提 取的受力节点位移 dA作为载荷施加 在受力节点A， 根据表达式(2)计算出删除了 受力点载荷 并施加位移载荷 dA后的应变能；                   （2） 其中， 为在受力节点施加位移载荷后产生的等效作用力； S33、 依次固定有限元模型的任意节点C， 按表达式 （2） 计算得到各个节点对应的应变 能， 根据表达式 （3） 计算各节点对应的应 变能系数；               （3） 其中， C表示有限元模型中的任意节点， 其取值范围为： 1， 2， 3， ……n，n为有限元模型的 节点总数； 提取所有节点的位置坐标及应变能系数值， 将任意节点对应的应变能系数插值在有限 元模型的节点上， 得到点阵结构实体模型的应变能系数云图及 等值线， 将等值线的脊线 确定为实体模型的主传力路径； S4、 计算S1得到的晶胞中心点坐标集 P(xi，yi)内任意节点到S3得到的主传力 路径之间 的最短距离 l， 依据表达式(4)依次计算各个晶胞的实际尺 寸， 得到新的晶胞密度分布， 通过 放大倍数β确保设计前后等密度晶胞的点阵结构与变密度晶胞的点阵结构体积相同；                   （4）权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114091311 A 2其中，m表示结构中包含 m条传力路径， n表示晶胞中心点集个数， lij表示点Pi到第j条传 力路径的最短距离， D0表示等密度晶胞的点阵结构内部的晶胞尺寸， α表示点Pi到传力路径 距离的惩罚因子， β表示晶胞初始尺寸的放大倍数;S5、 根据S4计算得到的新的晶胞密度分 布规律， 建立变密度晶胞的点阵结构模 型， 施加与S2相同的载荷和边界条件， 采用仿 真或试 验手段分别分析优化前的等密度晶胞结构与优化后的变密度晶胞结构的位移和应力， 通过 对比验证两个模型的力学性能。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114091311 A 3