点阵结构设计

总结一下调研的内容，点阵结构的减振性能，点阵结构可以设计的参数和初步的想法

点阵结构的建模方法、分析方法

点阵结构简介与应用

点阵材料是通过对晶格单元进行某种形式的排列形成的，是一种超轻高强的高性能多孔材料。

目前，越来越多的航空航天飞行器采用轻量化、高性能、结构功能一体化的新结构。三维点阵作为一种新型功能结构，具有比刚度高、比强度高、可设计性强等优点，通过优化设计能具备声学、光学、电磁学等方面的特殊性能，在航空航天等领域具有广泛的应用前景。

虽然在减震方面，金属点阵结构并不像塑料点阵结构那样具备优势，然而复杂的金属点阵结构可以提供卓越的产品性能-无论是在效率和功能方面。并且为组件轻量化打开了广阔的设计空间，还可以提高传热、能量吸收、绝缘和提高连接性能。

晶格单元是点阵结构的基结构。图4给出了常用的晶格单元示意图。

胞元结构可以由长方体空间微结构衍变而来，根据六面体结构的特性，选取顶点、体心、面心以及棱边中点等关键点作为构建基本胞元结构的特征参数，设计了５种典型胞元结构。

X所示为顶点(体心)结构，由长方体中心与８个顶点支柱相连构成，能够很好地将载荷传递到体心节点。

文献表示：

（1）分别改变胞元尺寸及大小或胞元支柱截面半径两种情形下，试件的力学性能总体基本相似

（2）顶点结构抗压能力最差，且与其他４种结构相差很大，综合力学性能表现最差，其抗扭能力稍强于抗拉／抗压和抗弯能力。

根据晶格单元填充方式的不同，点阵结构可以分为规则点阵、随型点阵以及随机点阵等不同的形式。

在实际情况下，点阵材料的各部分承受着不同的载荷，等密度点阵材料存在性能不能充分发挥的问题。可以考虑将拓扑优化引入点阵材料设计中。

点阵结构建模仿真方法调研

建模：

1、建模可用常规三维CAD软件，如UG, PRO-E,CATIA等，先建立单个胞元结构，再采用

复制或者阵列命令建模。缺点：耗费资源、效率低，容易会由于计算机的硬件限制造成建模失败，甚至需要用二次开发或专用软件来解决建模问题。

2、利用商业软件内置的多种点阵结构，直接填充点阵结构建模。

仿真分析：

1、梁模型：从点阵结构抽取梁进行整体分析，结合子模型进行局部分析。缺点：抽取梁有

一定难度；梁模型实体模型的装配关系的定义并不容易；不具有普适性，很多点阵结构形式并不适合梁模型简化（例如梁截面是变化的）；单胞数量增加，计算量也成为一个问题

2、多尺度算法：是一种宏细观结合的等效均质化算法，细观——宏观——细观，首先细观

分析基于单个胞元结构计算等效材料属性，然后宏观分析均质或非均质点阵结构分析，最后细观分析进行应力校核。

设计初步想法

为达到较好的减振效果，点阵结构胞元初步选为体心胞元（“金刚石晶胞”中的体心立方（body-centered cubic structure，BCC）型）。变密度点阵结构设计较复杂暂不考虑，填充方式采用规则点阵。

对于BCC型晶胞，决定其构型的主特征参数包括：杆元长度C、杆元与水平方向夹角θ、杆径D；次特征参数包括：胞元长L、胞元宽W、胞元高H。根据BCC 型晶胞的几何学关系，可得到数学模型：

以上参数均可以作为设计变量。

孔隙率是指点阵结构中的孔隙体积与点阵结构所占长方体包络体积的比值，对点阵结构的重量、吸声、吸震性能有着重要影响。杆长、杆径、夹角三个因素中，杆长、杆径对孔隙率的影响较显著。