面向薄板刚度可定制的双分辨率晶格结构智能生成方法

作     者：潘万彬 占钰琪 王姝钫 王毅刚 陶秀挺 

作者机构：杭州电子科技大学数字媒体与艺术设计学院 浙江大学计算机辅助设计与图形系统全国重点实验室 北京航空航天大学虚拟现实技术与系统全国重点实验室 

出 版 物：《计算机辅助设计与图形学学报》 (Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金(61702147) 虚拟现实技术与系统全国重点实验室(北京航空航天大学)开放课题基金(VRLAB2022C08) 浙江省重点研发计划(2021C03137) 浙江大学计算机辅助设计与图形系统全国重点实验室开放课题(A2328) 

主　　题：双分辨率晶格 刚度可定制 薄板 神经网络 增材制造 

摘      要：晶格化是生成轻质高刚度薄板的理想方法， 具有大幅度减少材料消耗和提升产品性能的巨大潜力. 为了快速有效且通用地对薄板进行晶格化， 使其成为满足刚度需求的轻质薄板， 提出一种智能的双分辨率晶格化方法. 首先对给定的标准形状的薄板(矩形横截面)采用不同的双分辨率晶格单元数量比例， 并以均匀随机采样布局的方式构建一系列双分辨率晶格化薄板; 然后采用有限元方法对它们进行力学分析， 计算相关的刚度; 再收集上述数据， 基于人工神经网络(ANN)构建刚度预测模型， 准确地预测给定的薄板在不同双分辨率晶格结构下的刚度(相互之间具有复杂的非线性关系); 最后以生成满足刚度需求的双分辨率晶格化薄板为目标， 构造数学规划问题， 通过在粒子群优化算法中融入上述刚度预测模型对上述问题实施求解， 获得优化的双分辨率晶格结构. 实验结果表明， 所提方法能快速有效且通用地生成刚度满足要求的轻质薄板.