多孔材料建模課件

多孔材料的畫(huà)法實(shí)際結(jié)構(gòu)幾何模型多孔材料建模鎳的多孔結(jié)構(gòu)鋁的多孔結(jié)構(gòu)一、關(guān)于多孔材料畫(huà)法的分析鎳鉻合金的多孔結(jié)構(gòu)以上是實(shí)體的CT掃描結(jié)構(gòu)圖像，從圖中可以發(fā)現(xiàn)：多孔結(jié)構(gòu)的骨架其實(shí)是一個(gè)頂點(diǎn)引出的4個(gè)向著不同方向的柱體。我們可以將其簡(jiǎn)化成半徑相同的圓柱體。只有4個(gè)方向的柱體才能補(bǔ)齊，使連接點(diǎn)能夠完全填充。多孔材料建模比較一下4個(gè)方向和3個(gè)方向的不同：放大圖有一定的缺陷，相接處并沒(méi)有充實(shí)放大圖接觸處沒(méi)有缺陷，已經(jīng)完全充實(shí)通過(guò)以上比較，選擇一個(gè)頂點(diǎn)4個(gè)方向的骨架單元為多孔泡沫材料建模的方式。多孔材料建模二、關(guān)于多孔材料畫(huà)法的思路通過(guò)上述的分析，我選擇了一個(gè)頂點(diǎn)4個(gè)方向的思路，怎么樣才能產(chǎn)生一個(gè)頂點(diǎn)4個(gè)方向的結(jié)構(gòu)呢！首先是正4面體，其重心與4個(gè)頂點(diǎn)的連線不僅能是4條線的長(zhǎng)度相同也可以使它們之間的夾角相等；第二，正12面體的空間排布；第三，6面體的球切；第四，14面體的空間排布。將上述的4個(gè)方案逐一在CATIA中進(jìn)行建模，對(duì)比4個(gè)模型選擇最好的一種方案。多孔材料建模1、正4面體畫(huà)出正4面體并且找到它的重心，連接重心與4個(gè)頂點(diǎn)形成圖形如右圖正4面體重心與4個(gè)頂點(diǎn)的連線利用操作工具欄中的對(duì)稱(chēng)，將上圖中的重心與4個(gè)頂點(diǎn)的連線進(jìn)行順時(shí)針的對(duì)稱(chēng)，得到的圖形如右圖；圖中紅色線框所示的位置并沒(méi)有完全對(duì)接，因此在掃掠生成實(shí)體的時(shí)候并不能完全充實(shí)，與分析中的情況不符，所以這個(gè)方案不可行。順時(shí)針對(duì)稱(chēng)圖多孔材料建模2、正12面體空間排布利用草圖工具欄，繪制如右圖所示的正12面體,他的12個(gè)面都是由5邊形組成，每個(gè)邊之間的夾角為108°與正4面體的夾角109°十分接近。利用掃掠按鈕將每個(gè)邊進(jìn)行掃掠并且填充成實(shí)體，如下左圖所示。再以左圖為基本元素用對(duì)稱(chēng)與平移按鈕將，繪制下右圖所示的模型，作為多孔材料的一個(gè)基本單元。多孔材料建模再利用布爾操作以及矩形陣列完成下面右圖的模型創(chuàng)建。左圖是文獻(xiàn)中多孔材料的模型。結(jié)論：由于正12面體在空間不能緊密排布（它的中間總有一定的夾角使其不能緊密排布），也就是說(shuō)不能滿足分析中的一個(gè)頂點(diǎn)4個(gè)方向的思路，因此幾何模型仍不完美，對(duì)后續(xù)的網(wǎng)格劃分有很大的影響。多孔材料建模3、六面體的球切以長(zhǎng)方體為例，將長(zhǎng)方體分為4個(gè)部分每個(gè)部分為一個(gè)正方體，并在個(gè)4個(gè)部分中畫(huà)球使其恰好多出每個(gè)面一部分而又不完全切透，如下圖（左）所示。同理畫(huà)出4個(gè)球體并對(duì)其進(jìn)行布爾操作得到下圖（右）所示的結(jié)果。球切長(zhǎng)方體布爾操作結(jié)果多孔材料建模將上述的右圖進(jìn)行矩形陣列和布爾操作，得到下圖（左）所示的幾何模型右圖為其中的一部分單元。局部放大結(jié)論：這種方法可以通過(guò)改變球半徑的大小來(lái)改變孔徑的大下以及骨架的粗細(xì)；得到的幾何模型很規(guī)則，但是它與分析中的結(jié)果并不相符，這個(gè)模型的一個(gè)頂點(diǎn)其實(shí)是有6個(gè)方向的延伸。如果用能在空間密排的幾何體做球切也許會(huì)更好。多孔材料建模4、14面體的空間排布上面的方法2中正12面體在空間不能密排，通過(guò)資料的查詢了解到14面體在空間是可以密排的，也就是說(shuō)14面體能夠滿足分析中的1個(gè)頂點(diǎn)4個(gè)方向的條件。14面體是由4個(gè)大5邊形的面（A）、8個(gè)小5邊形的面（B）和2個(gè)6邊形的面（C）組成的。ABC多孔材料建模14面體的3個(gè)不同面的頂點(diǎn)空間坐標(biāo)是由以下的公式確定的（α=）：大5邊形A：A1=（0，-α/2，α

）=（0，-0.63，1.26）；A2=（0，α/2，α

）=（0，0.63，1.26）；A3=（α

，0，α/2）=（1.26，0，0.63）；A4=（2/3α

，2/3α

，2/3α

）=（0.84，0.84，0.84）；A5=（2/3α

，-2/3α

，2/3α

）=（0.84，-0.84，0.84）．小5邊形B：B1=（2/3α-1，-2/3α

，2-2/3α

）=（-0.16，0.84，1.16）；B2=（1-2/3α

，2-2/3α

，2/3α

）=（0.16，1.16，0.84）；B3=（1，2-α

，α/2）=（1，0.74，0.63）；B4=（1，0，1）；B5=（α-1，0，2-α/2）=（0.26，0，1.37）．6邊形C：C1=（1,2-α,α/2）=（1，0.74，0.63）；C2=（1,2-α,-α/2）=（1，0.74，-0.63）；C3=（1，0，-1）；C4=（1，-（2-α

），-α/2）=（1，-0.74，-0.63）；C5=（1，-（2-α

）,α/2）=（1，-0.74,0.63）;C6=（1，0，1）．多孔材料建模通過(guò)上述的頂點(diǎn)坐標(biāo)確定14面體三個(gè)基本面的位置，并利用草圖工具欄繪制出14面體，如下左圖。再利用對(duì)稱(chēng)以及草圖工具欄完成14面體的空間排布，如下右圖。從上右圖中可以發(fā)現(xiàn)14面體在空間排布的時(shí)候是有規(guī)律的，通過(guò)分析得出規(guī)律單元是由6個(gè)14面體及兩個(gè)5邊形A組成的的12面體和兩個(gè)5邊形B組成的12面體構(gòu)成；其中6個(gè)14面體的中兩兩一組他們的6邊形面分別向著X、Y、Z3個(gè)方向4個(gè)12面體填充他們之間的空隙。多孔材料建模將規(guī)律單元進(jìn)行掃掠，掃掠成圓柱作為多孔結(jié)構(gòu)的骨架；將掃掠形成的規(guī)律單元進(jìn)行3個(gè)方向的平移，完成14面體在空間的密排。掃掠平移多孔材料建模將上述平移后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體填充，完成后進(jìn)行布爾操作得的結(jié)果如圖：填充實(shí)體布爾操作后的結(jié)果結(jié)論：對(duì)比4種方案，正4面體的重心與4個(gè)頂點(diǎn)的連線并不能在空間密排，中間總是存在著一定的空隙這樣就滿足不了一個(gè)頂點(diǎn)4個(gè)方向的延伸這個(gè)條件；同樣