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刘斌;李尚婷;曹伟;陆伟红;卢平

应力场驱动的三维各向异性Voronoi多孔结构设计。 （英语） Zbl 07820261号

计算。方法应用。机械。工程师。 420，文章ID 116717，18 p.（2024）.
摘要：多孔结构具有优异的力学性能，在工程设计中得到了广泛的应用。然而，提高这些结构的机械性能仍有很大潜力。通过定制多孔结构中每个孔的各向异性设计，可以显著提高结构的强度和刚度。在这项工作中，我们提出了一种设计三维各向异性Voronoi多孔结构（AVPS）的新方法。为了构造这些结构，我们提出了一种基于黎曼距离生成三维各向异性Voronoi图（AVD）的新算法。控制Voronoi单元的几何形状，使其符合应力分布和主应力方向。采用基于应力的现场采样策略对Voronoi细胞的分布进行分级，通过引入应力映射的黎曼张量场来修改Voronoi-细胞的方向。然后基于AVD计算隐式曲面，对AVPS进行建模。通过使用四面体网格剪裁AVD，AVPS与输入模型的几何轮廓紧密一致。此外，数值模拟和实验测试结果表明，AVPS具有高强度和高刚度。

MSC公司：

74-XX岁 可变形固体力学
76倍 流体力学

关键词：

多孔结构;应力映射;各向异性Voronoi图;黎曼距离;隐式曲面

软件：

TetGen公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{B.Liu}等人，计算。方法应用。机械。Eng.420，文章ID 116717，18 p.（2024；Zbl 07820261）
全文： 内政部

参考文献：

[1] 北卡罗来纳州杜杜科维奇。；方，E.J。；Gemeda，H.B。；DeOtte，J.R。；塞隆，M.R。；莫兰，B.D。；Davis，J.T。；贝克，S.E。；Duoss，E.B.，《细胞流体学》。自然，58-65（2021）
[2] 尹，H。；张伟。；朱，L。；孟，F。；刘杰。；Wen，G.，《晶格结构能量吸收特性综述》。作曲。结构。(2023)
[3] 马科纳奇，T。；Leary，M。；Lozanovski，B。；张，X。；钱，M。；法鲁克，O。；Brandt，M.，SLM晶格结构：特性、性能、应用和挑战。马特。设计。(2019)
[4] 郑，X。；Lee，H。；Weisgraber，T.H。；舒斯特夫，M。；DeOtte，J。；Duoss，E.B。；Kuntz，J.D。；比纳，M.M。；葛，Q。；Jackson，J.A。；库切耶夫，S.O。；方，N.X。；Spadaccini，C.M.，《超轻、超硬机械超材料》。科学，1373-1377（2014）
[5] 弗莱克，N.A。；Deshpande，V.S。；Ashby，M.F.，《微型建筑材料：过去、现在和未来》。程序。R.Soc.A数学。物理学。工程科学。，2495-2516 (2010)
[6] 罗宾斯，J。；S.J.欧文。；克拉克，B.W。；Voth，T.E.，一种高效且可扩展的方法，用于生成用于添加剂制造的拓扑优化的单元结构。制造，296-304（2016）
[7] Jhou，S.-Y。；徐，C.-C。；Yeh，J.-C.，具有晶格核的三维涂覆聚合物夹层结构的动态冲击响应：数值和实验研究。聚合物，4032（2021）
[8] 诺瓦克，N。；博罗文舍克，M。；Al-Ketan，O。；任，Z。；Vesenjak，M.，《带TPMS蜂窝结构的均匀和分级夹芯板的抗冲击和防爆性》。作曲。结构。(2022)
[9] Lei，H.-Y。；李，J.-R。；徐，Z.-J。；Wang，Q.-H.，基于Voronoi的晶格多孔结构的参数化设计。马特。设计。(2020)
[10] 冯，J。；Fu，J。；林，Z。；尚，C。；Li，B.，3D打印复杂拓扑结构设计方法综述。可视化计算。Ind.生物识别。第5条（2018年）
[11] Forés-Garriga，A。；Gómez-Gras，G。；Pérez，M.A.，《添加制造的三维轻质多孔固体：实验和数值分析》。马特。设计。(2023)
[12] 陈，Y。；Li，T.等人。；贾，Z。；斯卡帕，F。；姚，C.-W。；Wang，L.，大压缩变形下形状完整的3D打印层次蜂巢。马特。设计。，226-234 (2018)
[13] 王，X。；徐，S。；周，S。；徐伟（Xu，W.）。；Leary，M。；Choong，P。；钱，M。；勃兰特，M。；Xie，Y.M.，骨支架和骨科植入物用多孔金属的拓扑设计和增材制造：综述。生物材料，127-141（2016）
[14] 李，P。；杨，F。；卞，Y。；张，S。；Wang，L.，改性体心立方晶格材料的可设计力学性能。作曲。结构。(2023)
[15] 姚，Y。；Park，J.H。；Wang，L。；耿，X。；刘杰。；徐，P。；黄，H。；霍利斯特，S。；Fan，Y.，3D再入元结构的设计、制造和机械性能。作曲。结构。(2023)
[16] 范，X。；唐奇。；冯（Q.Feng）。；马，S。；宋，J。；金，M。；郭，F。；Jin，P.，通过选择性激光熔化制造的梯度厚度三周期最小表面结构的设计、机械性能和能量吸收能力。国际力学杂志。科学。（2021年）
[17] Nguyen，C.H.P。；Kim，Y。；Choi，Y.，《功能梯度晶格结构的附加制造设计：考虑工艺诱导各向异性的设计方法》。国际精密杂志。绿色技术工程制造。，29-45 (2021)
[18] 刘，X。；高，L。；肖，M。；Zhang，Y.，Kriging辅助设计具有光滑维晶格单元的功能梯度细胞结构。计算。方法应用。机械。工程（2022）·Zbl 1507.74320号
[19] 马丁内斯，J。；宋，H。；杜马斯，J。；Lefebvre，S.，添加剂制造用正交k最近泡沫。ACM Trans。图表。，121 (2017), 1-121:12
[20] 吴杰。；Wang，W。；Gao，X.，一致性网格结构的设计与优化。IEEE传输。视觉。计算。图表。，43-56 (2021)
[21] 库马尔，A。；科利尼，L。；Daurel，A。；Jeng，J.-Y.，《无支撑晶格结构封闭电池的设计和添加制造》。艾迪特。制造（2020）
[22] 刘，Y。；东，Z。；Ge，J。；林，X。；Liang，J.，带面板的多层任意BCC晶格结构的刚度设计。作曲。结构。(2019)
[23] Yu，S。；Sun，J。；Bai，J.，通过添加剂制造制造的功能梯度胎压监测系统结构的研究。材料。设计。(2019)
[24] 田，L。；卢，L。；Chen，W。；夏，Y。；Wang，C.C.L。；Wang，W.，有机开孔多孔结构建模，1-12
[25] Tricard，T。；酒馆，V。；Zanni，C。；马丁内斯，J。；Hugron，P.-A。；Neyret，F。；Lefebvre，S.，用于设计可变形3D打印的自由定向微结构。ACM事务处理。图表。，211 (2020), 1-211:16
[26] Ha，N.S。；Lu，G.，《用于能量吸收的生物激励结构和材料的最新研究综述》。作曲。B部分工程（2020）
[27] 杜普莱西斯，A。；Broeckhoven，C。；Yadroitsava，I。；Yadroitsev，I。；Hands，C.H。；Kunju，R。；Bhate，D.，《美丽与功能：添加剂制造中的仿生设计综述》，Addit。制造，408-427（2019）
[28] Liang，H。；Chao，L。；谢，D。；Yang，Y。；史J。；Zhang，Y。；薛，B。；沈，L。；田，Z。；李，L。；Jiang，Q.，用于骨修复的小梁状Ti-6Al-4V支架：一种用于骨再生的多样化机械刺激环境。作曲。B部分工程（2022）
[29] 刘，B。；陈，H。；Cao，W.，一种裁剪功能梯度多孔材料弹性分布的新方法。国际力学杂志。科学。，157-158, 457-470 (2019)
[30] 胡斯曼德·阿胡尔，Z。；塔伦蒂诺，M.G。；Danas，K.，《Voronoi型材料的机械生长形态发生：计算机设计、3D打印和实验》。机械。马特。(2022)
[31] 曹，B。；Yin，Y。；X.赵。；Qian，F.，一种应用于液体干燥剂系统的新型Voronoi多孔泡沫增强型漂移消除器：分离性能和初步设计。生成。环境。(2022)
[32] 雷，N。；Sokolov，D。；列斐伏尔，S。；Lévy，B.，GPU上的无网格voronoi。ACM事务处理。图表。，265 (2018), 1-265:12
[33] 马丁内斯，J。；杜马斯，J。；Lefebvre，S.，添加剂制造用程序性voronoi泡沫。ACM Trans。图表。，44（2016），1-44:12
[34] Cheng，H。；刘，B。；刘，M。；Cao，W.，由足底压力分布驱动的三维Voronoi支柱中底设计。J.计算。设计。工程，1410-1429（2022）
[35] 范努兰，T.F.W。；van Dommelen，J.A.W。；Geers，M.G.D.，《生成具有优选生长方向的多晶微结构的各向异性Voronoi算法》。计算。马特。科学。（2021年）
[36] Boissonnat，J.-D。；Rouxel-Labbé，M。；Wintraecken，M.H.M.J.，各向异性三角剖分通过离散黎曼-沃罗尼图。SIAM J.计算。，1046-1097 (2019) ·Zbl 1427.68331号
[37] 刘，B。；Cheng，H。；刘，M。；曹伟。；Jiang，K.，《自适应2.5D机械零件的各向异性孔结构设计和建模》。马特。设计。（2021年）
[38] Ying，J。；卢，L。；田，L。；严，X。；Chen，B.，3D打印物体的各向异性多孔结构建模。计算。图表。，157-164 (2018)
[39] 范努兰，T.F.W。；Belotti，L.P。；van Dommelen，J.A.W。；Geers，M.G.D.，一种具有高级空间离散化方案的新型三维各向异性Voronoi微观结构生成器。模型。模拟。马特。科学。工程（2021）
[40] 贝克曼，C。；Hohe，J.，基于椭球填料的具有各向异性细胞特征的随机细胞结构的生成。高级工程师软件。(2022)
[41] Si，H.，TetGen，一个基于delaunay的高质量四面体网格生成器。ACM事务处理。数学。软质。，11 (2015), 1-11:36 ·Zbl 1369.65157号
[42] Efraimdis，P.S。；Spirakis，P.G.，水库加权随机采样。信息处理。莱特。，181-185 (2006) ·Zbl 1184.68620号
[43] Lorensen，W.E。；Cline，H.E.，《行进立方体：高分辨率3D曲面构造算法》。SIGGRAPH计算。图表。，163-169 (1987)
[44] 桑切斯，M。；弗莱亚齐诺夫，O。；法约尔，P.-A。；Pasko，A.，多边形网格连续符号距离场的卷积滤波。计算。图表。论坛。，277-288 (2015)
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