CN109388905B - 基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法 - Google Patents

基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109388905B
CN109388905B CN201811269863.3A CN201811269863A CN109388905B CN 109388905 B CN109388905 B CN 109388905B CN 201811269863 A CN201811269863 A CN 201811269863A CN 109388905 B CN109388905 B CN 109388905B
Authority
CN
China
Prior art keywords
porous structure
dimensional
modeling
grasshopper
secondary development
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811269863.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109388905A (zh
Inventor
茅宁
王志亮
高成冲
梁绘昕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Institute of Technology
Original Assignee
Nanjing Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Institute of Technology filed Critical Nanjing Institute of Technology
Priority to CN201811269863.3A priority Critical patent/CN109388905B/zh
Publication of CN109388905A publication Critical patent/CN109388905A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109388905B publication Critical patent/CN109388905B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Software Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法，通过Grasshopper与UG二次开发的结合，使用Rhinoceros软件建立复杂多孔结构三维框架，通过UG二次开发程序将三位框架扩展成实体模型，完成多孔结构的建模。本方法解决了目前不规则多孔结构设计与建模方面建模难度大、可控性较差等不足，在开发复杂模型尤其是多孔结构模型上有着极大的便利性和可操控性。

Description

基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法
技术领域
本发明涉及一种多孔结构建模方法，特别是涉及到一种基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法。
背景技术
多孔结构(Porous Structure)是一种由形成孔隙的棱边和壁面的固体杆或固定板所构成的相互联结的网络体。这些多孔结构在物理、化学、力学、生物学等方面有着特殊性质和重要作用。多孔结构作为一种特殊结构和功能材料，在过滤和分离、能量吸收、热交换、电磁屏蔽、生物材料等方面有着独特的优势，广泛应用于航空航天、汽车、化工、生物医疗等领域。多孔结构的建模方法分为规则多孔结构设计方法和不规则多孔结构设计方法，规则多孔结构设计方法简单但是设计自由度受限，不规则多孔结构具有仿生学特性优势、能实现复杂结构和梯度结构的特性，但是建模难度大、可控性较差。需要寻找一种设计方法简单易行、设计自由度高且几何参数可控的多孔结构设计方法。
UG NX是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)***，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构，UG二次开发是利用程序语句实现建模与辅助建模的快捷操作，给UG NX提供了更加丰富的功能，让复杂的建模过程简单化。然而，随着增材制造技术的日趋成熟，对于三维零件的建模设计产生了颠覆性的改变，对于省材、省时、轻量化、多孔化的要求日益增多，传统的建模方式不能快速响应这种变化趋势。工艺的升级换代也就要求设计方式的换代，尤其是针对多孔化问题，严重制约了产品的优化设计。Grasshopper(简称GH)是一款在Rhinoceros软件环境下运行的采用程序算法生成模型的插件，与传统建模工具相比，GH的最大的特点是可以向计算机下达更加高级复杂的逻辑建模指令，使计算机根据拟定的算法自动生成模型结果，但是在Rhinoceros中无法生成实体模型，也就无法对模型进行进一步处理。因此需要将Grasshopper与UG二次开发相结合，目前现有技术中尚没有这种技术方案。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法，解决了目前不规则多孔结构设计与建模方面建模难度大、可控性较差等不足，在开发复杂模型尤其是多孔结构模型上有着极大的便利性和可操控性。
技术方案：本发明所述的一种基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法包括以下步骤：
(1)绘制目标物体的三维模型，并将三维模型导入到Rhinoceros三维建模软件中；
(2)使用Grasshopper插件中的可视化编程算法建立三维离散点阵；
(3)使用步骤(1)中所述的三维模型对步骤(2)中所述的三维离散点阵进行分割，删去三维模型外的部分，使所述三维离散点阵随形化；
(4)使用步骤(3)中所述的离散点阵生成多孔结构三维框架，并将框架导入至UG中；
(5)使用Grip程序在UG中围绕多孔结构三维框架中的每一根曲线建立柱状结构，完成建模操作，得到具有所需外形的多孔结构实体模型。
为了使多孔结构框架具有随机性，步骤(3)中所述的三维离散点阵是在空间中生成的随机离散点阵。
为了进一步增强多孔结构框架的随机性和连通性，步骤(4)中所述的多孔结构三维框架可以是泰森多边形三维框架，泰森多边形三维框架具有易于数值计算生成、随点的位置变化而变化的随机性和整体结构具有流通性的优点。
为了使结构更加稳定，步骤(5)中围绕多孔结构三维框架中的每一根曲线建立的柱状结构为圆柱结构。多孔结构实体模型中可以包括了不同直径的圆柱，圆柱直径根据实际需要进行调整，比如模型边界附近增大圆柱直径，可以增加结合强度。
进一步的，步骤(5)中所述的Grip程序包括以下步骤：
(1)选取多孔结构三维框架中的所有曲线并计数；
(2)循环遍历所有曲线；
(3)判断曲线终点的Z轴高度；
(4)以曲线为基准建立圆柱结构，并根据不同的Z轴高度设定圆柱外径；
(5)建立出实体多孔结构。
有益效果：本方法能够通过Grasshopper与UG二次开发的结合，完成多孔结构实体模型的搭建，具有效率高、精度高、可控性高的特点，能够为多孔结构设计开发节省很大的工作量，并且可以适用于多种多孔结构的建模，具有一定的普适性。
附图说明
图1是本发明的总体工作流程图；
图2是Grasshopper插件工作流程图；
图3是UG二次开发Grip程序流程图；
图4是拉伸试样整体外形图；
图5是拉伸试样工作区域细节图；
图6是拉伸试样连接部位细节图；
图7是拉伸试样工作区域框架图；
图8是拉伸试样多孔结构生成过程图。
具体实施方式
图1是本发明的总体工作流程图，将多孔结构三维框架选用泰森多边形三维框架，针对一个符合拉伸试验机拉伸条件的拉升试样进行建模，具体步骤为：
(1)绘制拉升试样的三维模型，将此外形导入至Rhinoceros中；
(2)使用Grasshopper插件中可视化编程算法建立满足一定密度需求的三维离散点阵；
(3)利用之前导入的模型外形对离散点阵进行分割，模型外部分删去，达到随形化的目的；
(4)使用上述离散点阵生成泰森多边形三维框架，并将此框架导入至UG中；
(5)使用Grip程序在UG中围绕泰森多边形三维框架中的每一根曲线建立柱状结构，完成建模操作，得到具有所需外形的多孔结构实体模型。
如图2所示，Grasshopper插件工作具体步骤为：
(1)在一定空间中生成点阵；
(2)调整点个数达到所需密度；
(3)导入模型外形；
(4)分割点，选取模型内点；
(5)利用内点生成泰森多边形三维框架；
(6)将泰森多边形三维框架导出。
如图3所示，UG二次开发Grip程序具体步骤描述为：
(1)选取框架内所有曲线并计数；
(2)循环遍历所有曲线；
(3)判断曲线终点Z轴高度；
(4)以曲线为基准建立圆柱；
(5)不同的Z轴范围使用不同的圆柱外径；
(6)建立出实体多孔结构。
拉伸试样整体外形如图4所示，其中多孔结构区域为工作部分，两边为夹持部分，对于拉伸试样进行拉伸试验，能够测定该种结构的弹性极限、伸长率、弹性模量、拉伸强度和屈服强度等性能指标。
拉伸试样工作区域细节如图5所示，工作区域全部由多孔结构构成。
拉伸试验连接部分细节如图6所示，工作区域与夹持部分的连接处使用稍大直径的圆柱连接，使得断裂区域不会发生在连接处，保证拉伸试验的结果具有参考意义。
拉伸试样工作区域三维框架如图7所示，使用Rhinoceros中的Grasshopper插件生成框架并根据工作区域划定出框架范围。
拉伸试样多孔结构生成过程如图8所示，将线阵导入UG NX后利用Grip二次开发语句对线阵执行圆管命令，遍历生成多孔结构。
实验结果表明，利用这种方式能够快速生成各种形状的随机多孔结构模型，并且能根据需求对直径进行调整，这种方法能够适应各种模型尺寸，对多孔结构的建模设计是一个有力的补充。

Claims (6)

1.一种基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)绘制目标物体的三维模型，并将三维模型导入到Rhinoceros三维建模软件中；
(2)使用Grasshopper插件建立三维离散点阵；
(3)使用步骤(1)中所述的三维模型对步骤(2)中所述的三维离散点阵进行分割，删去三维模型外的部分，使所述三维离散点阵随形化；
(4)使用步骤(3)中所述的离散点阵生成多孔结构三维框架，并将框架导入至UG中；
(5)使用Grip程序在UG中围绕多孔结构三维框架中的每一根曲线建立柱状结构，完成建模操作，得到具有所需外形的多孔结构实体模型。
2.根据权利要求1所述的基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法，其特征在于：步骤(3)中所述的三维离散点阵是在空间中生成的随机离散点阵。
3.根据权利要求1所述的基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法，其特征在于：步骤(4)中所述的多孔结构三维框架是泰森多边形三维框架。
4.根据权利要求1所述的基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法，其特征在于：步骤(5)中所述的柱状结构为圆柱结构。
5.根据权利要求4所述的基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法，其特征在于：多孔结构实体模型中包括了不同直径的圆柱，圆柱直径根据实际需要进行调整。
6.根据权利要求1所述的基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法，其特征在于步骤(5)中所述的Grip程序包括以下步骤：
(1)选取多孔结构三维框架中的所有曲线并计数；
(2)循环遍历所有曲线；
(3)判断曲线终点的Z轴高度；
(4)以曲线为基准建立圆柱结构，并根据不同的Z轴高度设定圆柱外径；
(5)建立出实体多孔结构。
CN201811269863.3A 2018-10-29 2018-10-29 基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法 Active CN109388905B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811269863.3A CN109388905B (zh) 2018-10-29 2018-10-29 基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811269863.3A CN109388905B (zh) 2018-10-29 2018-10-29 基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109388905A CN109388905A (zh) 2019-02-26
CN109388905B true CN109388905B (zh) 2023-01-31

Family

ID=65428158

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811269863.3A Active CN109388905B (zh) 2018-10-29 2018-10-29 基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109388905B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7094037B2 (ja) * 2020-08-13 2022-07-01 国立大学法人北見工業大学 多孔質構造体の設計装置、設計方法及びプログラム
CN112157911B (zh) * 2020-09-11 2022-08-30 华侨大学 一种自支撑的3d打印梯度弹性多孔材料微结构设计方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104865896A (zh) * 2015-03-18 2015-08-26 贵州翰凯斯智能技术有限公司 一种工业机器人个性化作图方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104865896A (zh) * 2015-03-18 2015-08-26 贵州翰凯斯智能技术有限公司 一种工业机器人个性化作图方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Design and Compressive Behavior of Controllable Irregular Porous Scaffolds: Based on Voronoi-Tessellation and for Additive Manufacturing;Guanjun Wang 等;《ACS Biomaterials Science & Engineering》;20180116;第4卷(第2期);第719-727页 *
Design and properties of 3D scaffolds for bone tissue engineering;S. Gómez 等;《Acta Biomaterialia》;20160915;第42卷;第341-350页 *
异形路缘石施工深化设计实践;田承尧 等;《上海建设科技》;20180221;第41-43、59页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109388905A (zh) 2019-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109388905B (zh) 基于Grasshopper与UG二次开发的多孔结构建模方法
CN109190167B (zh) 单向长纤维增强复合材料的横向微观结构生成方法
CN101059407A (zh) 基于嵌入式有限元建模的三维裂纹扩展模拟方法
CN109241694B (zh) 一种编织陶瓷基复合材料预制体宏细观一体化建模方法
CN110750931A (zh) 一种高效的型材挤压模具设计方法
CN110210085A (zh) 内凹六边形负泊松比点阵结构参数化有限元建模方法
CN106557638A (zh) 焊接混合双向过渡单元网格模型的建立方法
Liu et al. Adaptive anisotropic porous structure design and modeling for 2.5 D mechanical parts
CN114840891A (zh) 一种任意形状试件的三维混凝土细观模型建模方法
CN107368660A (zh) 一种预测周期性点阵材料屈服面的分析方法
Rosso et al. Optimization approaches in design for additive manufacturing
CN103324779B (zh) 板料渐进成形极限图的测定方法
CN107330179B (zh) 一种含有工艺辅助特征的三维工序模型快速创建方法
CN106971021B (zh) 一种燃气增压差动贮箱集成设计方法
CN109409021B (zh) 一种发动机仿真分析中的螺栓连接方法
CN109344424B (zh) 一种复合材料构件有限元分析模型中缠绕张力施加方法
CN104156528B (zh) 一种基于Pro/E的标准设备本体模型快速建模方法
CN115221622A (zh) 一种大尺寸复合材料机身壁板装配定位夹持布局优化方法
CN114169187A (zh) 一种各向同性点阵结构的设计方法
CN110162897B (zh) 一种大口径弯管加热导磁体优化方法
Xiaoguang et al. LIGHTWEIGHT OPTIMIZATION DESIGN OF HORIZONTAL DOUBLE-SIDED COMBINED MACHINE TOOL BED BASED ON ANSYS WORKBENCH.
CN113066523A (zh) 基于空间三角函数的鳞翅目微纳结构统一表征方法和***
Wang et al. Study on modular design of trimming die structure for automotive panels
CN205405234U (zh) 一种简易型slm激光快速成形的运动控制***
WO2019165685A1 (zh) 3d打印***

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant