(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210705416.8 (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 重庆大学 地址 400044 重庆市沙坪坝区沙正 街174号 (72)发明人 白如清　梁冠　蒲华燕　赵晶雷　 易进　李雪平　元书进　罗均　 (51)Int.Cl. B29C 64/386(2017.01) B33Y 50/00(2015.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种基于生死单元法的细杆类多孔结构变 形数值补偿方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于生死单元法的细杆 类多孔结构变形数值补偿方法， 其主要通过生死 单元法仿真细杆类多孔结构逐个单元的3D打印 过程， 其中包括了温度场的打印过程仿真和应力 场的打印过程仿真； 依据温度场和应力场耦合理 论计算得到细杆类零件变形量； 通过法向变形补 偿法计算得到模 型中所有节点重构坐标； 以点构 线、 以线构面， 以面构体， 扫掠得到细杆类零件重 构模型， 进而得到重构点阵模型。 本发明巧妙地 应用生死单元法仿真细杆类多孔结构逐个单元 的3D打印过程， 将减少打印件变形量问题 转变为 改变初始几何模型的问题， 为提高3D打印成型零 件的精度提供了一条全新的思路。 权利要求书2页 说明书4页 附图7页 CN 115091759 A 2022.09.23 CN 115091759 A 1.一种基于生死单元法的细杆类多孔结构变形数值补偿方法， 其特征在于： 包括以下 步骤， (1)建立细杆类零件几何模型， 并对细杆类零件几何模型进行网格划分。 (2)依据离散单元和离散精度， 获取网格节点编号及节点坐标， 网格节点编号Ni,i＝ 1,…,n， 网格节点 坐标D＝{ …,(xi， yi， zi),…},i＝1,…,n， 其中(xi， yi， zi)为i节点坐标。 (3)设置细杆类零件材 料属性、 定义 边界条件以及 初始温度等初始条件。 (4)生死单元法杀死所有需打印的单元(所有需打印的单元刚度乘以一个极小的减缩 系数×1×10‑9)。 (5)激活单元进行温度场热分析： 依据打印路径逐个激活待打印单元(待打印单元刚度 恢复原值 ×1×109)， 加载初始条件， 仿真逐个单 元打印过程， 输出温度场。 (6)判断是否是最后一个单元。 若不是则重 复步骤(5)； 若是则更新初始条件， 生死单元 法杀死所有需打印的单 元(所有需打印的单 元刚度乘以一个极小的减 缩系数×1×10‑9)。 (7)激活单元进行应力场变形分析： 依据打印路径逐个激活待打印单元(待打印单元刚 度恢复原值 ×1×109)， 加载步骤(5)中该单元的热载荷， 仿真逐个单元打印过程， 输出应力 场。 (8)判断是否是最后一个单 元。 若不是则重复步骤(7)； 若是则结束。 (9)计算节点应变量： 依据温度场和应力场耦合理论， 计算得到细杆类零件应变量ε＝ { ε1， ε2，…， εi，…， εn}， 其中εi为i节点的总应 变量。 εi＝K‑1σi+α ΔTi 其中节点i的总 应变εi＝[εix εiy εiz εixy εixy εixz]T； 节点i的总应力σi＝[σix σiy σiz  σixy σixy σixz]T； 热膨胀系数α ＝[αx αy αz 0 0 0]T； E、 ν、 G分别为杨氏模量、 泊松比、 剪切模 量。 (10)法向变形补偿法： 根据步骤(9)中节点应变量推导得到节点变形量S＝{s1， s2，…， si，…， sn}， 将每个节点的节点变形量沿法向 ×(‑1)并与步骤(2)中的节点坐标相加从而得 到每个节点的新坐标即重构 节点坐标D*， 扫掠重构节点坐 标获得细杆类重构模型。 其中si为 i节点的仿真 打印变形量， 变形量si定义如下：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115091759 A 2si＝(sxi， syi， szi)＝((xi‑x′i)， (yi‑y′i)， (zi‑z′i)) 其中重构节点 坐标更新被定义 为： D*＝D‑S 即： D*＝{…,(x* i， y* i， z* i),…} ＝{…,(xi， yi， zi),…}‑{…,(sxi， syi， szi),…} ＝{…,(xi‑sxi， yi‑syi， zi‑szi),…} xi， yi， zi为i节点初始坐标； x ′i， y′i， z′i为i节点变形坐标； x* i， y* i， z* i为i节点重构坐 标； 其中i ＝1,…,n。 (11)通过利用生死单元法对步骤(10)中的重构模型进行热力耦合分析(即重复步骤 (4)、 (5)、 (6)、 (7)、 (8)、 (9))， 再次进行重构 模型逐个单元的3D打印过程仿真， 根据步骤(9) 中节点应变 量推导得到重构模型的节点变形量S*＝{s* 1， s* 2，…， s* i，…， s* n},其中s* i为重构 模型i节点的仿真 打印变形量， 重构模型i节点变形量s* i定义如下： s* i＝(s* xi， s* yi， s* zi)＝((x* i‑x*′i)， (y* i‑y*′i)， (z* i‑z*′i)) x* i， y* i， z* i为重构模型i节点初始坐标； x*′i， y*′i， z*′i为重构模型i节点变形坐标； 其中 i＝1,…,n。 (12)根据步骤(11)中的重构模型的节点变 形量S*判断打印是否合格， 若 不合格， 则将该 重构模型替换步骤(10)中的初始打印模型(即D＝D*)并令S＝S*， 再重复步骤(10) ‑(11)， 合 格则结束循环。 2.如权利要求1所述的一种基于生死单元法的细杆类多孔结构变形数值补偿方法， 其 特征在于， 在步骤(1)中， 将建立打印件 模型进行网格划分， 简便 了后续计算。 3.如权利要求1所述的一种基于生死单元法的细杆类多孔结构变形数值补偿方法， 其 特征在于， 在步骤(2)、 (3)中， 获得每 个节点的信息 。 4.如权利要求1所述的一种基于生死单元法的细杆类多孔结构变形数值补偿方法， 其 特征在于， 在步骤(4)、 (5)、 (6)、 (7)、 (8)中， 通过生死单元法对细杆类零件模型进行温度场 热分析和应力场变形分析， 生死单元法可以准确地模拟细杆类零件逐个单元的3D打印过 程。 5.如权利要求1所述的一种基于生死单元法的细杆类多孔结构变形数值补偿方法， 其 特征在于， 在步骤(10)中， 利用法向变形补偿法得到重构节 点坐标， 扫掠重构节 点坐标获得 细杆类重构模型。 6.如权利要求1所述的一种基于生死单元法的细杆类多孔结构变形数值补偿方法， 其 特征在于， 在步骤(1 1)、 (12)中， 不断迭代更新细杆类重构模型来 提高打印精度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115091759 A 3