基于参数曲面的增材制造保形晶格结构生成方法

晶格结构因其具备特殊的机械性能,已成为增材制造复杂结构设计和制造的重要研究领域之一。针对传统的模型晶格结构生成方法需要通过对参数化建模的晶格结构网格进行裁剪或对其网格进行保形变形实现,且生成效率较低的问题,提出一种基于参数曲面的增材制造保形晶格结构生成方法,实现晶格结构对曲面空间的适应和高效生成。首先,基于一种矩阵方法完成晶格结构骨架的表达和构造。其次,利用点与曲面、曲线与曲面、曲面与曲面所形成的3种封闭空间,对晶格结构骨架进行保形变形,使晶格结构适应曲面空间。最后,采用基于晶格结构骨架的网格生成和拼接方法,生成保形晶格结构的网格模型。通过组件应用架构(CAA)二次开发方法提取计算机辅助三维交互应用软件(CATIA)模型的参数曲面,实现保形晶格结构模型的高效生成,并表现出良好的曲面空间适应性,证明该方法具有一定工程价值。

基于RIR-MOO的定制产品优化设计方法研究

大规模定制是未来产品制造的发展方向,以低成本快速响应客户的个性化需求是定制产品设计的关键。以往对定制产品设计的研究缺少从个性化需求到产品参数的流程化设计指导方法,无法从定制产品个性化的客户需求出发,快速地关联设计目标并指导产品参数的设计。为此,提出了基于RIR-MOO(relative importance ratings and multiobjective optimization,相对重要性等级-多目标优化)的定制产品优化设计方法,从客户需求出发,将关键需求映射到相关的设计目标,再通过多目标优化(multi-objective optimization,MOO)方法快速求解产品参数,实现定制产品的快速响应和优化设计。首先,针对模糊、动态变化的客户需求,利用加权区间粗糙集分析方法对客户需求进行客观分析,排除争议性大的模糊需求,同时计算不同客户需求的相对权重,得到其相对重要性等级(relative importance ratings,RIR);然后,提出一种基于转换矩阵的客户需求与设计目标关联的方法,根据关键需求与设计目标的关联度以及关键需求的RIR,对关键需求与设计目标进行匹配,实现关键需求到设计目标的转换;最后,基于MOO方法对设计目标对应的产品参数进行优化设计,实现约束条件下定制产品的多目标优化。以汽车发动机活塞机构优化设计为例,对基于RIR-MOO的优化设计方法的可行性进行验证。结果表明,所提出的方法可以快速响应定制产品的客户需求并指导其优化设计,可为定制化产品制造企业提供指导。