3D打印技術(shù)促進(jìn)了產(chǎn)品個(gè)性化定制的普及與推廣,使得每個(gè)人都可以設(shè)計(jì)3D幾何模型,成為自己產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師。他們由于缺乏一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與力學(xué)知識(shí),會(huì)導(dǎo)致其設(shè)計(jì)結(jié)果直接3D打印后會(huì)存在一些結(jié)構(gòu)問(wèn)題,如強(qiáng)度問(wèn)題、穩(wěn)定性問(wèn)題等。強(qiáng)度不足可能會(huì)使3D模型在打印、運(yùn)輸或日常使用過(guò)程中受到破壞,而穩(wěn)定性問(wèn)題則會(huì)導(dǎo)致3D模型無(wú)法正常地放置或懸掛,影響其日常使用功能。這種問(wèn)題我們稱其為結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題,它的主要任務(wù)是識(shí)別3D模型中存在的強(qiáng)度或穩(wěn)定性缺陷,并給出適當(dāng)合理的彌補(bǔ)方案。下面就隨嵌入式小編一起來(lái)了解一下相關(guān)內(nèi)容吧。
1、強(qiáng)度加固
針對(duì)強(qiáng)度問(wèn)題,文獻(xiàn)給出了一個(gè)自動(dòng)檢測(cè)并修正結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題的系統(tǒng)方案,來(lái)創(chuàng)建一個(gè)新的3D模型,使其與原有模型保持盡可能相近的外形,同時(shí)提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與整體性。該方案中,模型的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題通過(guò)一個(gè)輕量級(jí)的結(jié)構(gòu)分析解算器來(lái)計(jì)算識(shí)別出。隨后,根據(jù)所檢測(cè)出的強(qiáng)度問(wèn)題,文中給出三種方法對(duì)原模型進(jìn)行修正:內(nèi)部挖洞、局部加厚與加支撐,如圖10所示。
結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題與修正方法
文獻(xiàn)中的方案有效地提高了模型的結(jié)構(gòu)性能,避免了高強(qiáng)度應(yīng)力區(qū)域的出現(xiàn)。但是該方案的最大局限在于:在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)時(shí),系統(tǒng)需要先預(yù)設(shè)模型可能承受的外部荷載情況,并據(jù)此對(duì)模型顯式地指定一種或幾種捏握式外部荷載來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算。當(dāng)然,同時(shí)還需考慮模型的重力荷載。顯然,對(duì)很多模型來(lái)說(shuō),這種預(yù)設(shè)的荷載并不能很好地反映模型的真實(shí)荷載分布,因此其結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的真實(shí)性與可靠性也就不能很好地保證了。
2、最不利荷載
針對(duì)上面的問(wèn)題,文獻(xiàn)給出了一個(gè)更好的方案。該方案在預(yù)測(cè)或檢測(cè)模型結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題時(shí),與上述明確指定或設(shè)定模型的荷載情況方法不同的是,它去尋找一種最不利荷載情況(Worst-Case),并據(jù)此識(shí)別出模型上最易破壞之處或最大變形區(qū)域,如圖11所示。
Worst-Case計(jì)算實(shí)例
該方案的核心方法是模態(tài)分析(Modal Analysis),在結(jié)構(gòu)分析研究領(lǐng)域,當(dāng)一個(gè)物體以不同頻率振動(dòng)時(shí),這種振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致物體的一些脆弱部位產(chǎn)生高應(yīng)力或大變形。模態(tài)分析就是用來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在振動(dòng)狀態(tài)下可能發(fā)生的破壞或變形的一種經(jīng)典方法。
該方案的主要步驟如下:
(1)計(jì)算輸入模型的各階模態(tài);
(2)對(duì)模型的每一階模態(tài),計(jì)算提取出相應(yīng)的薄弱區(qū)域;
(3)對(duì)每一個(gè)薄弱區(qū)域,通過(guò)求解一系列的優(yōu)化問(wèn)題,計(jì)算出其相應(yīng)的最不利荷載分布;
(4)用有限元方法計(jì)算在上述荷載分布作用下模型的應(yīng)力,從而得到該薄弱區(qū)域的最大應(yīng)力分布情況。
綜合以上每一階模態(tài)下模型的最不利荷載分布與最大應(yīng)力分布情況,確定最終結(jié)果。
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