一键聚焦 | 多尺度算法点阵结构分析软件Lattice Simulation
随着增材制造领域中3D打印技术的快速发展,增材点阵结构在航天航空、船舶、汽车、体育和医疗等行业得到了广泛应用。点阵结构作为一种新型的结构设计,除轻量化特点外,同时还具有优良的比刚度/强度、阻尼减震、缓冲吸能、吸声降噪以及隔热隔磁等功能性特点。
图1 点阵结构
概述
图2 点阵结构分析工具功能
图3 Workbench点阵结构模块分析流程
功能与优势
图4 多尺度算法原理图
图5 多尺度分析流程图
Lattice Simulation的优势体现在:
① 支持spaceclaim中内置点阵结构。
② 支持外部导入点阵类型。
(2) 高效求解:大大降低建模难度,高效地实现复杂点阵结构的力学分析。
图6 Lattice Simulation操作界面
(3) 自动生成材料数据库和内置材料数据库。
(4) 支持参数优化功能。
(5) 界面友好,易于操作。
图7 Spaceclaim内置点阵建模过程
图8 均质化分析过程胞元变形结果
应用案例
① 悬臂梁刚度和强度分析
为了验证lattice simulation的刚度及强度的准确性,我们对某一含点阵结构的立方体分别采用lattice simulation与Discovery进行了刚度及模态的分析,其中Lattice simulation就是采用多尺度的算法进行宏细观结合的力学分析,而Discovery就是直接对点阵结构进行力学分析,通过力学分析,获得相应的变形、应力以及各阶模态的频率,从而进行对比。
图9 点阵结构刚度分析
首先是刚度分析,右侧是采用对比验证的点阵结构填充的立方体原始模型及均质化模型,左侧分别为变形、宏观分析应力,通过对比其应力及变形分布云图可以发现,其分布趋势一致吻合,且最大值的误差皆在百分之零点几。
图10 点阵结构模态分析
其次是模态分析,对比分析发现,各阶模态的结果比较吻合,频率误差控制在3%以内。因此,Lattice simulation多尺度算法在分析点阵结构刚度和强度问题上具有很高的计算精度。
② 支架
与点阵优化相结合,对优化的变密度点阵进行宏观均质化分析:首先,基于力学性能要求,对设定的点阵结构、胞元尺寸,对点阵密度进行优化,基于有限元分析优化出点阵密度分布,基于优化的结果进行变密度点阵分布的填充,从而设计出变密度的高性能点阵结构;之后采用多尺度算法计算不同点阵密度下的等效材料属性;最后采用插值算法对变密度点阵进行宏观均质化分析。
图11 点阵结构支架分析
结论
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