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潘万彬, 占钰琪, 王姝钫, 王毅刚, 陶秀挺. 面向薄板刚度可定制的双分辨率晶格结构智能生成方法[J]. 计算机辅助设计与图形学学报. DOI: 10.3724/SP.J.1089.2023-00338
引用本文: 潘万彬, 占钰琪, 王姝钫, 王毅刚, 陶秀挺. 面向薄板刚度可定制的双分辨率晶格结构智能生成方法[J]. 计算机辅助设计与图形学学报. DOI: 10.3724/SP.J.1089.2023-00338
Wanbin Pan, Yuqi Zhan, Shufang Wang, Yigang Wang, Xiuting Tao. A Smart Generation Approach of Dual-resolution Lattice Structure for Customizing the Stiffness of Thin-Walled Parts[J]. Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics. DOI: 10.3724/SP.J.1089.2023-00338
Citation: Wanbin Pan, Yuqi Zhan, Shufang Wang, Yigang Wang, Xiuting Tao. A Smart Generation Approach of Dual-resolution Lattice Structure for Customizing the Stiffness of Thin-Walled Parts[J]. Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics. DOI: 10.3724/SP.J.1089.2023-00338

面向薄板刚度可定制的双分辨率晶格结构智能生成方法

A Smart Generation Approach of Dual-resolution Lattice Structure for Customizing the Stiffness of Thin-Walled Parts

  • 摘要: 晶格化是生成轻质高刚度薄壁件的理想方法, 具有大幅度减少材料消耗和提升产品性能的巨大潜力. 然而, 如何快速有效且通用地对薄壁件进行晶格化, 使其成为满足刚度需求的轻质薄壁件, 相关的工作尚不多见, 严重影响上述理想方法在实际工程应用中的效果. 针对上述问题, 本文提出一种智能的双分辨率晶格化方法, 旨在通过优化双分辨率晶格单元的数量和布局, 即优化地构造双分辨率晶格结构, 在设计阶段快速生成刚度可定制的轻质薄壁件. 首先, 针对给定的标准形状的薄壁件 (矩形横截面), 采用不同的双分辨率晶格单元数量比例, 并以均匀随机采样布局的方式, 构建一系列双分辨率晶格化薄壁件. 继而, 采用有限元方法对它们进行力学分析, 计算相关的刚度. 接着, 收集上述数据, 基于人工神经网络(Artificial Neural Network, ANN)构建刚度预测模型. 据此可准确地预测给定的薄壁件其不同双分辨率晶格结构下的刚度(相互之间具有复杂的非线性关系). 最后, 以生成满足刚度需求的双分辨率晶格化薄壁件为目标, 构造数学规划问题. 通过在粒子群优化算法中融入上述刚度预测模型对上述问题实施求解, 获得优化的双分辨率晶格结构. 实验结果表明, 本文提出的晶格化方法, 具有能快速有效且通用地生成刚度满足要求的轻质薄壁件的巨大潜力.

     

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