项目名称: 基于周期曲面的异构多孔功能结构跨尺度数字化特征建模

项目编号: No.51505152

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 徐志佳

作者单位: 华南理工大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 多孔功能结构材料(简称多孔结构)性能优异,应用广泛。但是,由于基础研究不足导致数字化建模支撑手段匮乏,其研制过程仍沿袭以经验为主的试制模式,极大影响了研制效率和成本。三周期极小化曲面(TPMS)具有传统方法难以比拟的造型优势,为多孔结构的数字化建模提供了新的支撑。.本项目探索基于TPMS的异构多孔结构跨尺度数字化特征建模方法。结合TPMS和分形原理,探讨TPMS模型几何结构参数定义及其与构型参数之间的关联规律,形成特征驱动的多孔结构基础单元主/次微观形貌描述方法;拓展空间分形构形理论,建立多孔结构复杂拓扑结构的矢量参数构造方法及优化策略,实现拓扑结构与基础单元形貌的自动合成;研究宏微观尺度层次上不同形式的TPMS模型结构参数的跨尺度映射原理,为物理场的多尺度关联、叠加分析提供支撑。通过理论研究与实验验证,为多孔结构的数字化建模与设计提供新的理论与技术支持。

中文关键词: 异构多孔功能结构;跨尺度;数字化建模;周期性曲面;特征建模

英文摘要: By virtue of its excellent performance, the porous functional structure material (porous material for short) is widely used in various engineering domains. However, currently the R&D of the porous material is mainly based on experience, for the lack of effective support of advanced digital modeling technology, and the efficiency and cost of porous material is far from satisfying. Compared to traditional approaches, methods based on triply periodic minimal surface (TPMS) can control the multi-scale pore architecture (pose size, distribution, and porosity et al.) of the porous material more easily and precisely, thus are considered initiate the start of a revolutionary era for the porous material design..This project aims at the key theories and technologies of multi-scale modeling for heterogeneous porous material based on TPMS and feature. Firstly, Combining TPMS and fractal theories, the study will utilize TPMS-based unit cell to synthetically describe the main feature of the element structure of porous material and the micro self-similar topography attached on the main feature; then, the geometrical parameters of the TPMS unit cell will be identified, so as to reveal the mapping mechanism between the geometrical parameters and the TPMS unit cell, facilitating the development of a feature-driven modeling method for the element structure of porous material. Secondly, the internal complex topological structure of the porous material will be represented through vector parameters based on the extension of the space fractal construction theory, and a mechanism will be established to synthesize the topography of the element structure with the topological structure of porous material, and to optimize the topological structure. Thirdly, by taking the computational feasibility into account, the multi-scale mapping law for the TPMS model of the porous material between different scale levels will be studied, so as to support the future analysis of the physical fields (force field, flow field and so on) in the transition process from the micro unit cell to the marco structure of the porous material. Through multidiscipline theoretic research and experimental validation, it is expected that the project will also set the foundation of novel theories and technologies for the multi-scale modeling of heterogeneous porous material.

英文关键词: Heterogeneous porous functional structure;Multiscale;Digital modeling;Periodic surface;Feature-based modeling

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