理想材料零件數(shù)字化制造中的定向優(yōu)化算法研究.pdf

1、理想材料零件(Ideal Functional Material Components,IFMC)是指按照零件的最佳使用功能要求來設(shè)計制造的,由均質(zhì)材料、呈梯度變化的組織成分、按一定規(guī)律分布的細(xì)結(jié)構(gòu)材料以及嵌入器件構(gòu)成,實現(xiàn)材料組織結(jié)構(gòu)和零件性能最佳組合的零件.理想材料零件滿足了尖端技術(shù)對零件的梯度功能和智能化等性能的苛刻要求,同時也能達(dá)到節(jié)約資源的目的,因此對理想材料零件的設(shè)計制造技術(shù)的研究勢在必行.IFMC的制造是零件幾何形狀與材料

2、同時制備的并行過程,必須采用數(shù)字化制造技術(shù).快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing,RPM)技術(shù)是數(shù)字化制造的基礎(chǔ)技術(shù)之一,它將零件的制造由三維空間轉(zhuǎn)換到二維空間,不僅使復(fù)雜零件制造成為可能,而且能根據(jù)設(shè)計特征,定制零件內(nèi)部的材料分布特征.因此,一般采用RPM的工藝方法來制作理想材料零件.在RPM工藝全過程中,待加工零件生長方向的選擇是零件CAD模型數(shù)據(jù)前處理的一個重要環(huán)節(jié),它會影響零件表面粗糙度、

3、制造效率、制造成本和制造過程可靠性等.由于IFMC內(nèi)部變化的材料分布特征,使得傳統(tǒng)RPM工藝中的定向優(yōu)化算法不能完全適應(yīng)IFMC的分層制造.該文以IFMC的單純剖分?jǐn)?shù)據(jù)為基礎(chǔ),根據(jù)IFMC的材料特性和數(shù)字化制造特點,綜合考慮其幾何和材料特征,研究IFMC重心和三維凸殼的求解算法,提出了以零件制作時間最短及基礎(chǔ)面面積最大作為優(yōu)化目標(biāo),以零件整體穩(wěn)定性及限定的臺階誤差為約束條件的定向優(yōu)化算法,并通過計算實例,對算法的可靠性進(jìn)行了驗證.針對I

4、FMC內(nèi)部材料的非均勻性,該文改變了傳統(tǒng)的STL數(shù)據(jù)文件格式,該文采用四面體網(wǎng)格剖分形式,以同時表述零件的幾何信息、拓?fù)湫畔⒑筒牧闲畔?實現(xiàn)了理想材料零件RP制造中數(shù)據(jù)前處理的自動化和數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一化(前處理包括數(shù)據(jù)模型構(gòu)造、選擇定向、添加支撐和切片處理,其中數(shù)據(jù)模型構(gòu)造和切片處理部分已由該課題組完成).該文提出的IFMC的重心坐標(biāo)求法,不僅是定向算法中的重要組成部分,而且會對IFMC的其他方面研究產(chǎn)生重要作用.在Windows2000