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3D打印技术中3D打印模型的结构分析
时间:2021-07-09 15:11:26         浏览数:104

  3D打印技术中3D打印模型的结构分析?3D打印技术促进了产品个性化定制的普及和推广,使每个人都能设计3D几何模型,成为自己设计产品的设计师。由于缺乏一些设计经验和力学知识,导致其设计结果不能直接进行3D打印,出现结构问题,如强度问题、稳定性问题等.强度不足可能使3D模型在打印、运输或日常使用过程中受到破坏,而稳定性问题导致3D模型不能正常放置或悬挂,影响其日常使用功能.这一问题我们称之为结构分析问题,它的主要任务是识别三维模型中存在的强度或稳定性缺陷,并提供适当合理的补偿方案。

  1、强度增强。

  对于强度问题,文献中提出了一种能自动检测和修正结构强度问题的系统方案,以建立一种新的三维模型,在保持原有模型外形尽可能接近的同时提高结构强度和结构强度.在此方案中,采用一种轻量级的结构分析解算器来计算出模型的结构强度问题.在此基础上提出三种方法:内部挖洞、局部加厚和加支撑,如图10所示。

  结构的强度问题及校正方法。

  目前已有的方案有效地改善了模型的性能,避免了高强应力区域的产生,但本方案的最大局限性在于:在进行结构强度检测时,系统需要先预设模型可能承受的外部荷载,然后明确地指定模型的一个或多个外载荷来进行结构强度的计算.当然,还要考虑模型的重力载荷.显然,对于许多模型而言,这种预设的荷载并不能很好地反映模型的真实荷载分布,因此其结构分析结果的真实性和可靠性也不能很好地保证。


  2、最不利载荷。

  关于上述问题,文献给出了一个较好的解决方案.当对模型结构强度进行预测或检测时,与上述已明确指定或设定模型的荷载条件方法不同,它会寻找最不利的荷载情况(Worst-Case),并据此确定模型上最容易被破坏或变形的区域,如图11所示。

  Worst-Case计算实例。

  它的核心方法是模态分析(ModalAnalysis),在结构分析研究领域,当一个物体以不同频率振动时,这种振动会导致物体的某些脆弱部分产生高应力或大变形.模态分析是用来预测结构在振动状态下可能发生的破坏或变形的一种经典方法。

  这个方案的主要步骤是:

  (1)计算输入模型各阶模式;

  (2)计算模型各阶振型,计算并提取相应的薄弱区域;

  (3)针对每一个薄弱区,通过求解一系列优化问题,计算出相应的最不利载荷分布;

  (4)采用有限元法对模型进行了应力计算,得到了该薄弱部位的最大应力分布。

  将上述各阶振型的最不利载荷分布与最大应力分布情况综合,以确定最终结果。

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