正如建筑用的空心磚，胞元的應(yīng)用減少了材料的使用，有效幫助實(shí)現(xiàn)輕量化，而與此同時(shí)，如何保證仍然滿足力學(xué)性能的要求，則成為建模界“才下眉頭、卻上心頭”縈繞不散的要緊事。四種常見的結(jié)構(gòu)包括蜂窩，開孔泡沫，閉孔泡沫，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。其中點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)有拉伸主導(dǎo)型的點(diǎn)陣，也有壓縮主導(dǎo)型的點(diǎn)陣。

     點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的材料特點(diǎn)是重量輕、高強(qiáng)度比和高特定剛性。并且?guī)砀鞣N熱力學(xué)特征，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的超輕型結(jié)構(gòu)適合用在抗沖擊/爆炸系統(tǒng)、或者充當(dāng)散熱介質(zhì)、聲振、微波吸收結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。

        那么如何解決增材制造點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的CAE分析問題？本期谷.專欄特別推薦《多尺度算法在增材制造點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)仿真分析中的應(yīng)用》 。

專為點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)仿真分析的Lattice Simulation

     隨著增材制造領(lǐng)域中3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，增材點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在航天航空、船舶、汽車、體育和醫(yī)療等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)作為一種新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除輕量化特點(diǎn)外，同時(shí)還具有優(yōu)良的比剛度/強(qiáng)度、阻尼減震、緩沖吸能、吸聲降噪以及隔熱隔磁等功能性特點(diǎn)。由于其含有大量復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)，包括胞元類型和幾何尺寸等參數(shù)，導(dǎo)致建模和仿真計(jì)算工作量巨大，傳統(tǒng)有限元分析已經(jīng)無法適用。因此，經(jīng)過多年的仿真計(jì)算積累和努力探索，安世中德團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一款專業(yè)用于增材點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)仿真分析的軟件，即Lattice Simulation。

        本文分為上、下兩篇，上篇結(jié)合應(yīng)用案例，淺談基于多尺度算法開發(fā)出的這款點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)分析工具，是如何高效、快速地幫助用戶解決增材點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的CAE分析問題的。下篇將對Lattice Simulation和ANSYS Discovery進(jìn)行分析對比，以說明多尺度算法在點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)分析中的準(zhǔn)確性。

點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)

Lattice Simulation是一款用于增材點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)分析的工具，具有用戶自定義和內(nèi)置點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩種方式，已集成在ANSYS add-in擴(kuò)展工具中。基于多尺度算法，用戶可以采用等效均質(zhì)化技術(shù)對點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。并且提取非均質(zhì)化點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的等效材料參數(shù)，在均質(zhì)化等效實(shí)體模型宏觀力學(xué)分析后，可以通過局部分析對胞元結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力校核。

點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)分析工具功能

Workbench點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)模塊分析流程

Lattice Simulation功能與優(yōu)勢

Lattice Simulation提供增材制造點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在有限元仿真中涉及的相關(guān)分析功能

- 均質(zhì)化分析

基于胞元結(jié)構(gòu)類型及在空間上的周期排列特性，進(jìn)行均質(zhì)化計(jì)算，提取等效實(shí)體的材料力學(xué)特性。

- 宏觀分析

采用均質(zhì)化分析得到的等效材料數(shù)據(jù)，并對等效實(shí)體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，校核點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)剛度性能。

- 細(xì)觀校核

考慮胞元外部邊界條件（采用應(yīng)變加載），對其進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力分析，校核點(diǎn)陣胞元結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能。