CN112446142A - 一种电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法，涉及增材制造技术领域，包括以下步骤，S1：定义设计域，根据底盘形状特点确定设计域；S2：建立基结构模型，通过离散化获得设计域的离散点，并连接离散点形成基结构模型；S3：建立优化模型，形成以结构体积最小为优化目标的优化模型；S4：建立生成式设计模型，确定设计变量和设计要求，得到底盘结构方案；S5：调整结构，根据制造要求与美学标准选择方案，依据结构有限元分析的可视化反馈手动调整结构，在保证结构性能情况下完善底盘结构方案；S6：实体制造，将底盘结构转换为实体模型，进行制造。本发明方法设计自由度高，工业适用度强，设计出来产品符合工业形态美学和可制造性。

Description

一种电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法。

背景技术

增材制造也称3D打印技术，是一种通过材料的逐层连接或凝固来制造零件的方式。传统的金属增材制造方法是使用选择性激光烧结技术。由于金属粉末材料非常昂贵，选择性激光烧结技术制造零件的成本非常高。同时，选择性激光烧结技术制成的部件尺寸受到机床的尺寸限制，所以这种方法不能制造大体量的电动车底盘。电弧熔丝增材制造(WAAM)是一种新兴的增材制造技术，它使用电弧作为热源，使用金属线作为原料。用于电弧的运动***可以通过工业机器人(机械臂)或数控机床(CNC)进行，它基本的形式是机器人焊接技术。电弧熔丝增材制造技术除了机器人和焊接设备的费用，它的主要成本是原材料(焊丝)和电费，制造成本低，其机器人手臂的运动范围可以远远超过选择性激光烧结技术的粉末机床***，因此电弧熔丝增材制造造技术可以打印体积大而复杂的零件，比选择性激光烧结技术可行性更高、成本更低。

底盘是电动车中最为基本的部分，它需要承受电动车的设备和承载重量等，底盘的轻量化对降低能量消耗有明显作用。目前电动车底盘多由经验设计所得，然后根据实际测试和软件分析结果进行优化，设计与优化过程成本高、效率低。因此开发出一种新的电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法，简化底盘结构设计流程，让专注于电动车设计的工程师和设计师的创造力和想象力将不再受传统制造技术的限制成为很有必要的事情。

专利文件《一种基于多性能约束的结构拓扑优化设计方法》(CN107844676A)公开了一种基于多性能约束的结构拓扑优化设计方法包括以下步骤：(1)建立基结构有限元模型；(2) 输入多性能拓扑优化参数，形成优化模型；(3)初始化变量并提取基结构信息；(4)对结构进行力学性能分析，并提取分析结果；(5)对优化模型进行显式化处理；(6)求解优化模型；(7)对最优连续结构进行反演，获得最优拓扑结构。本发明可以快速得到稳定收敛的拓扑优化结构，缩短结构设计周期，提高工作效率，节能减材。但是该方法却不能满足让专注于电动车设计的工程师和设计师的创造力和想象力将不再受传统制造技术的限制，设计过程中交互性差、自由度低，且产品的可制造性差。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种工业制造适用性强、设计自由度高的电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法，该方法设计的产品结构性能和形态美学的统一。

本发明提供了一种电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法，包括以下步骤，

S1：定义设计域，根据底盘和安装在底盘的必要组件的形状特点确定设计空间，安装在底盘的必要组件占据的设计空间为非设计域，非设计域外的设计空间为设计域；

S2：建立基结构模型，在不同工况载荷作用下，将步骤S1得到的设计域进行离散化处理，得到有限数量的离散点，并两两连接所有邻近离散点，形成基结构模型；

S3：建立优化模型，通过基结构模型，形成以结构体积最小为优化目标的优化模型；

S4：建立生成式设计模型：以优化模型为基础，将设计域的离散点数量和结构简化参数 j作为设计变量，杆件数量、最小杆件尺寸和超过制造角度限制的杆件数量作为设计要求，计算机通过自动改变设计变量生成一系列满足设计要求底盘结构方案，所述结构简化参数j是指在每个杆上加入的惩罚项j，则所有结构杆件的边长l＝[l₁+j，l₂+j，…，l_m+j]^T，其中m为杆件的数量，T为转置矩阵；

S5：结构调整：根据电弧熔丝增材制造制造要求与美学标准从计算机生成的一系列方案中选择一个方案进行深化设计，依据结构有限元分析的可视化反馈手动调整结构，在保证结构性能达到标准的情况下完善并确定底盘结构方案；

S6：实体制造，将获得的底盘结构方案转换为生产制造的实体模型，进行实体制造。

进一步地，所述步骤S2所述离散点主要是在设计域中均匀分布一定数量的点，并加入通过有限元分析分析在不同工况载荷作用下底盘受力情况的结构受力点与支撑点。

进一步地，所述步骤S2中不同工况载荷主要包括：额定装载下静止状态工况的静载荷、额定装载下四轮着地行驶工况的静载荷、额定装载下三轮着地行驶工况的动载荷、额定装载下加速工况的动载荷、额定装载下减速工况的动载荷与额定装载下转弯工况的动载荷，所述静载荷包括底盘自重、必要组件重量以及承载的物体重量，所述动载荷为静载荷的1.1-1.5倍。

进一步地，所述步骤S2中与同一个离散点连接的离散点数量不超过5个。

进一步地，所述步骤S3中，所述优化模型对不同工况进行优化，针对单一工况优化表达式为：

min V＝l^Ta

s.t.Bq＝f

-σ-a≤q≤σ+a

a≥0，

表达式中V表示结构体积，l表示杆件长度，T表示转置矩阵，a表示杆件的截面积，q表示杆件的内力，f表示杆件的外力，σ-和σ+则表示为杆件的的抗拉与抗压强度，

B表示为描述杆件连接关系的矩阵，对于杆件i：

所述矩阵中x_i ^I,y_i ^I,z_i ^I,x_i ^II,y_i ^II,z_i ^II分别表示杆件i两端的离散点坐标；

在优化表达式中杆件的截面积a为变量，所述a＝[a₁,a₂,…a_m]T，m则表示杆件的数量，当 a＝0时删除杆件。

进一步地，所述步骤S4中设计要求为：杆件数量不超过100个，杆件尺寸半径要求不低于5mm，超过制造角度限制的杆件数量低于总杆件数量的10％。

进一步地，所述步骤S4中的制造角度为60度。

进一步地，所述步骤S2设计域中包括承载件、辅助承载件和工艺装饰件，离散点的分布主要集中在承载件处。

进一步地，所述步骤S5中，可视化反馈手动调整结构通过T-splines建模方式完成。

进一步地，所述设计方法主要通过Rhino软件实施完成。

本发明相对于现有技术，其优点在于：在生产制造之前，技术人员可以在不影响受力结构的基础上对结构方案进行调整修改，以便提高底盘电弧熔丝增材制造的美观性、功能性和可制造性，且适用于结构复杂的底盘设计，本发明区别于传统仅优化应变能、应力、体积等定量因素的全自动化结构优化方法，增强了工程师与设计师之间的交互性，操作更为灵活，可以实现快速有效的将工业需求的结构设计转化为实体制造，而不需要进行再次进行结构修改或制造完成后再进行加工，使专注于产品设计的工程师和设计师的创造力和想象力将不再受传统制造技术的限制，使电动车底盘定制化的生产成为可能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构设计方法的流程示意图。

图2(a)为本发明步骤S1设计空间示意图，图2(b)为本发明步骤S1设计域示意图，图2(c)为本发明本发明满足设计要求模型示意图。

图3(a)为本发明步骤S2设计空间示意图，图3(b)为本发明步骤S2离散化示意图，图3(c)为本发明步骤S2离散点连接示意图，图3(d)为本发明步骤S3结构优化结果示意图。

图4为本发明步骤S4获得的一系列底盘结构方案示意图。

图5为本发明步骤S5结构简化调整后底盘结构方案示意图。

图6(a)为本发明步骤S6中最终结构方案示意图，图6(b)为本发明步骤S6中最终实体模型示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-5所示，本发明提供了一种电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法，包括以下步骤，

S1：定义设计域，根据底盘和安装在底盘的必要组件的形状特点确定设计空间，安装在底盘的必要组件占据的设计空间为非设计域，非设计域外的设计空间为设计域；

本发明设计空间的确定是优化的首要任务，设计空间的形状主要与底盘和安装在底盘的必要组件的外形特点保持一致，为形状规则的多面体，必要组件主要是指电池组、控制器、刹车、转向器等主要安装在底盘上的部件，本发明的将必要组件占据的设计空间为非设计域，非设计域外的设计空间为设计域，本发明的拓扑优化主要针对设计域进行，为了将最大自由度留给优化过程，设计空间的体积优选为原底盘所占据体积的1-1.2倍。

S2：建立基结构模型，在不同工况载荷作用下，将步骤S1得到的设计域进行离散化处理，得到有限数量的离散点，并两两连接所有邻近离散点，形成基结构模型；

本发明对设计域进行离散化处理，通过有限元网格法可以得到均匀分布一系列有限数量离散点，再将这些离散点进行两两连接，获取离散点的连接集合，即获得基结构模型，所述的离散点的连接集合是指不同工况下载荷作用下的全部离散点的连接集合，且优选为合并基结构模型一定半径内的离散点，减少离散点的数量，为降低优化计算量提供便利。

S3：建立优化模型，通过基结构模型，形成以结构体积最小为优化目标的优化模型，本发明优化的主要目标还可以设置为结构位移最小和结构重量最小；

S4：建立生成式设计模型：以优化模型为基础，将设计域的离散点数量和结构简化参数j作为设计变量，杆件数量、最小杆件尺寸和超过制造角度限制的杆件数量作为设计要求，计算机通过自动改变设计变量生成一系列满足设计要求底盘结构方案，所述结构简化参数j是指在每个杆上加入的惩罚项j，则所有结构杆件的边长l＝[l₁+j,l₂+j,…,l_m+j]^T，其中m为杆件的数量，T为转置矩阵；

本发明以杆件数量、最小杆件尺寸和超过制造角度限制的杆件数量为设计要求，保证了优化出来的底盘结构方案能够适用于电弧熔丝增材制造技术，而不会像传统设计一样难以进行工业制造，需要专业丰富的设计师进行人工修改调整或者进行二次机加工。在此过程中，本发明采用离散拓扑优化方式进行布局优化，通过迭代探索解决方案。

S5：结构调整：根据电弧熔丝增材制造制造要求与美学标准从计算机生成的一系列方案中选择一个方案进行深化设计，依据结构有限元分析的可视化反馈手动调整结构，在保证结构性能达到标准的情况下完善并确定底盘结构方案；

本发明根据电弧熔丝增材制造制造要求与美学标准选择方案，在步骤S4过后进行再选取，使底盘在运用电弧熔丝增材制造技术时具备了工业可制造性，且保证了其拓扑结构的功能性，并且利用结构有限元的分析限定，设计师可以保证在不影响受力结构的基础上修改结构方案，既保证结构性能达到标准又能保证产品生产后的工业设计感，交互修改设计便捷。

S6：实体制造，将获得的底盘结构方案转换为生产制造的实体模型，进行实体制造。

所述步骤S2所述离散点主要是在设计域中均匀分布一定数量的点，并加入通过有限元分析分析在不同工况载荷作用下底盘受力情况的结构受力点与支撑点，有利于更好的选取离散点，保证结构性能，简化基结构模型。

所述步骤S2中不同工况载荷主要包括：额定装载下静止状态工况的静载荷、额定装载下四轮着地行驶工况的静载荷、额定装载下三轮着地行驶工况的动载荷、额定装载下加速工况的动载荷、额定装载下减速工况的动载荷与额定装载下转弯工况的动载荷，所述静载荷包括底盘自重、必要组件重量以及承载的物体重量，所述动载荷为静载荷的1.1-1.5倍。

本发明的额定装载静止状态工况下，静载荷包括底盘自重、必要组件重量以及承载的物体重量，在分析过程中静载荷通过赋予竖直向下的重力加速度进行施加，各部件载荷均简化分配到相应结构受力点上；

额定装载四轮着地行驶工况下，四轮同时着地并匀速行驶，相对处于静态过程，主要承受的静载荷包括底盘自重、必要组件重量以及承载的物体重量，此过程中动载荷通过赋予竖直向下的重力加速度进行施加，各部件载荷均简化分配到相应结构受力点上，结构没有太大的扭曲变形；

额定装载三轮着地行驶工况下，会出现一轮胎轮空现象，此时除了有底盘自重、必要组件重量以及承载的物体重量外，底盘结构会受到严重的扭转载荷，产生结构位移，其大小受底盘自重、必要组件重量和承载的物体重量影响，此时动载荷包括底盘自重、必要组件重量、承载的物体重量以及扭转载荷，根据实际情况计算，所述动载荷为静载荷的1.1-1.5倍；

额定装载加速或减速工况下，此时除了有底盘自重、必要组件重量以及承载的物体重量外，底盘结构会因为惯性力产生纵向载荷，底盘产生结构位移，其大小受底盘自重、必要组件重量和承载的物体重量影响，此时动载荷包括底盘自重、必要组件重量、承载的物体重量以及纵向载荷，根据实际情况计算，所述动载荷为静载荷的1.1-1.5倍；

额定装载转弯工况下，底盘结构向一侧倾斜，时除了有底盘自重、必要组件重量以及承载的物体重量外，底盘结构会受到离心力产生的载荷，底盘产生结构位移，其大小受底盘自重、必要组件重量、承载的物体重量、行驶速度、转弯半径影响，此时动载荷包括底盘自重、必要组件重量、承载的物体重量以及离心力载荷，根据实际情况计算，所述动载荷为静载荷的1.1-1.5倍。

所述步骤S2设计域中的底盘包括承载件、辅助承载件和工艺装饰件，离散点的分布主要集中在承载件处，简化了基结构模型的整体结构，忽略小载荷部件等次要因素的影响，为减少优化计算量提供便利。

所述步骤S3中，所述优化模型对不同工况进行优化，针对单一工况优化表达式为：

min V＝l^Ta

s.t.Bq＝f

-σ-a≤q≤σ+a

a≥0，

表达式中V表示结构体积，l表示杆件长度，T表示转置矩阵，a表示杆件的截面积，q表示杆件的内力，f表示杆件的外力，σ-和σ+则表示为杆件的的抗拉与抗压强度，

B表示为描述杆件连接关系的矩阵，对于杆件i：

所述矩阵中x_i ^I，y_i ^I，z_i ^I，x_i ^II，y_i ^II，Z_i ^II分别表示杆件i两端的离散点坐标；

在优化表达式中杆件的截面积a为变量，所述a＝[a₁，a₂，…a_m]^T，m则表示杆件的数量，当 a＝0时删除杆件。

所述步骤S4中设计要求为：杆件数量不超过100个，杆件尺寸半径要求不低于5mm，超过制造角度限制的杆件数量低于总杆件数量的10％。

所述步骤S4中的制造角度为60度。

所述步骤S5中选取的结构方案与同一个离散点连接的离散点数量不超过5个，保证选取的结构方案能够更好的适用于电弧熔丝增材制造技术，具备工业可制造性。

所述步骤S5中，可视化反馈手动调整结构通过T-splines完成，T-splines结合了曲面建模和细分表面建模技术的特点，极大地减少了模型表面上的控制点数目，可以生成复杂的曲面模型，设计师仅对优化方案做出相对较小的干预，改进设计，而不会从根本上改变最终设计。

所述设计方法主要通过Rhino软件完成，本领域技术人员可以根据实际打印需求采用 Rhino的grasshopper可视化编程软件编写相关程序和调用相关插件实施，实现本发明的技术方案。

实施例：

一种电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法，包括以下步骤，

S1：定义设计域，作为优化的首要任务，根据底盘和底盘上的必要组件的外形特点构建设计空间，所述设计空间为形状规则的多面体，所述必要组件包括电池、控制器、刹车、转向器等，其中这些电池、控制器、刹车、转向器等必要组件占据的设计空间为非设计域，非设计域外的设计空间定义为设计域，在确定设计空间时尽可能扩大体积，优选为设计需求底盘体积的1-1.2倍；

S2：建立基结构，在不同工况载荷作用下，将步骤S1得到的设计域进行离散化处理，得到均匀分布一系列有限数量离散点，通过有限元分析分析底盘结构产生的位移和应力分布情况，得到有限数量的结构受力点与支撑点，并将这些结构受力点与支撑点列入所选离散点，再将这些得到的所有离散点进行两两连接，获取离散点连接集合，建立底盘的基结构模型，优选的还可以将设计域中的底盘结构分为承载件、辅助承载件和工艺装饰件，离散点的分布主要集中在承载件处，以简化基结构模型的整体结构，忽略小载荷部件等次要因素的影响，并合并基结构模型一定半径内的离散点，减少离散点的数量，为降低优化计算量提供便利；

本步骤中不同工况载荷主要包括：额定装载下静止状态工况的静载荷、额定装载下四轮着地行驶工况的静载荷、额定装载下三轮着地行驶工况的动载荷、额定装载下加速工况的动载荷、额定装载下减速工况的动载荷与额定装载下转弯工况的动载荷，所述静载荷包括底盘自重、必要组件重量以及承载的物体重量，所述动载荷为静载荷的1.1-1.5倍。

额定装载静止状态工况下，静载荷包括底盘自重、必要组件重量以及承载的物体重量，在分析过程中静载荷通过赋予竖直向下的重力加速度进行施加，各部件载荷均简化分配到相应结构受力点上；

额定装载四轮着地行驶工况下，四轮同时着地并匀速行驶，相对处于静态过程，主要承受的静载荷包括底盘自重、必要组件重量以及承载的物体重量，此过程中动载荷通过赋予竖直向下的重力加速度进行施加，各部件载荷均简化分配到相应结构受力点上，结构没有太大的扭曲变形；

额定装载三轮着地行驶工况下，会出现一轮胎轮空现象，此时除了有底盘自重、必要组件重量以及承载的物体重量外，底盘结构会受到严重的扭转载荷，产生结构位移，其大小受底盘自重、必要组件重量和承载的物体重量影响，此时动载荷包括底盘自重、必要组件重量、承载的物体重量以及扭转载荷，根据实际情况计算，所述动载荷为静载荷的1.1-1.5倍；

额定装载加速或减速工况下，此时除了有底盘自重、必要组件重量以及承载的物体重量外，底盘结构会因为惯性力产生纵向载荷，底盘产生结构位移，其大小受底盘自重、必要组件重量和承载的物体重量影响，此时动载荷包括底盘自重、必要组件重量、承载的物体重量以及纵向载荷，根据实际情况计算，所述动载荷为静载荷的1.1-1.5倍；

额定装载转弯工况下，底盘结构向一侧倾斜，时除了有底盘自重、必要组件重量以及承载的物体重量外，底盘结构会受到离心力产生的载荷，底盘产生结构位移，其大小受底盘自重、必要组件重量、承载的物体重量、行驶速度、转弯半径影响，此时动载荷包括底盘自重、必要组件重量、承载的物体重量以及离心力载荷，根据实际情况计算，所述动载荷为静载荷的1.1-1.5倍。

S3：建立优化模型，形成以结构体积最小为优化目标的优化模型所述优化模型对不同工况进行逐一优化，单工况优化表达式为：

min V＝l^Ta

s.t.Bq＝f

-σ-a≤q≤σ+a

a≥0，

表达式中V表示结构体积，1表示杆件长度，T表示转置矩阵，a表示杆件的截面积，q表示杆件的内力，f表示杆件的外力，σ-和σ+则表示为杆件的的抗拉与抗压强度，

B表示为描述杆件连接关系的矩阵，对于杆件i：

所述矩阵中x_i ^I，y_i ^I，z_i ^I，x_i ^II，y_i ^II，z_i ^II分别表示杆件i两端的离散点坐标；

在优化表达式中杆件的截面积a为变量，所述a＝[a₁，a₂，…a_m]^T，m则表示杆件的数量，当 a＝0时删除杆件；

S4：建立生成式设计模型，将设计域的离散点数量和结构简化参数j作为设计变量，杆件数量、最小杆件尺寸和超过制造角度限制的杆件数量作为设计要求，计算机通过自动改变设计变量生成一系列满足设计要求底盘结构方案，所述结构简化参数j是指在每个杆上加入的惩罚项j，则所有结构杆件的边长l＝[l₁+j，l₂+j，…，l_m+j]^T，其中m为杆件的数量，T为转置矩阵，其中杆件数量不超过100个，杆件尺寸半径要求不低于5mm，超过制造角度60°限制的杆件数量低于总杆件数量的10％；

S5：结构调整，根据电弧熔丝增材制造制造要求与美学标准从计算机生成的一系列方案中选择一个方案进行深化设计，选取的方案中与同一个离散点连接的离散点数量不超过5个，设计师依据通过T-splines方法实现结构有限元分析的可视化反馈手动调整结构，在保证结构性能达到标准的情况下完善并确定底盘结构方案；

S6：实体转化，利用T-Splines建模将获得的底盘结构转换为生产制造的实体模型，进行实体制造。

在本实施例实施过程中，工程师和设计师可以通过Rhino的grasshopper可视化编程软件编写相关程序和调用相关插件实施，流程简单，操作便捷，且交互性强。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1：定义设计域，根据底盘和安装在底盘的必要组件的形状特点确定设计空间，安装在底盘的必要组件占据的设计空间为非设计域，非设计域外的设计空间为设计域；

S2：建立基结构模型，在不同工况载荷作用下，将步骤S1得到的设计域进行离散化处理，得到有限数量的离散点，并两两连接所有邻近离散点，形成基结构模型；

S3：建立优化模型，通过基结构模型，形成以结构体积最小为优化目标的优化模型；

S4：建立生成式设计模型：以优化模型为基础，将设计域的离散点数量和结构简化参数j作为设计变量，杆件数量、最小杆件尺寸和超过制造角度限制的杆件数量作为设计要求，计算机通过自动改变设计变量生成一系列满足设计要求底盘结构方案，所述结构简化参数j是指在每个杆上加入的惩罚项j，则所有结构杆件的边长l＝[l₁+j,l₂+j,…,l_m+j]^T，其中m为杆件的数量，T为转置矩阵；

S5：结构调整：根据电弧熔丝增材制造制造要求与美学标准从计算机生成的一系列方案中选择一个方案进行深化设计，依据结构有限元分析的可视化反馈手动调整结构，在保证结构性能达到标准的情况下完善并确定底盘结构方案；

S6：实体制造，将获得的底盘结构方案转换为生产制造的实体模型，进行实体制造。

2.如权利要求1所述的电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法，其特征在于，所述步骤S2所述离散点主要是在设计域中均匀分布一定数量的点，并加入通过有限元分析分析在不同工况载荷作用下底盘受力情况的结构受力点与支撑点。

3.如权利要求2所述的电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法，其特征在于，所述步骤S2中不同工况载荷主要包括：额定装载下静止状态工况的静载荷、额定装载下四轮着地行驶工况的静载荷、额定装载下三轮着地行驶工况的动载荷、额定装载下加速工况的动载荷、额定装载下减速工况的动载荷与额定装载下转弯工况的动载荷，所述静载荷包括底盘自重、必要组件重量以及承载的物体重量，所述动载荷为静载荷的1.1-1.5倍。

4.如权利要求1所述的电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法，其特征在于，所述步骤S2中与同一个离散点连接的离散点数量不超过5个。

5.如权利要求1所述的电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述优化模型对不同工况进行优化，针对单一工况优化表达式为：

minV＝1^Ta

s.t.Bq＝f

-σ^-a≤q≤σ⁺a

a≥0，

表达式中V表示结构体积，l表示杆件长度，T表示转置矩阵，a表示杆件的截面积，q表示杆件的内力，f表示杆件的外力，σ–和σ+则表示为杆件的的抗拉与抗压强度，

B表示为描述杆件连接关系的矩阵，对于杆件i:

所述矩阵中x_i ^I,y_i ^I,z_i ^I,x_i ^II,y_i ^II,z_i ^II分别表示杆件i两端的离散点坐标；

在优化表达式中杆件的截面积a为变量，所述a＝[a₁,a₂,…a_m]^T，m则表示杆件的数量，当a＝0时删除杆件。

6.如权利要求1所述的电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法，其特征在于，所述步骤S4中设计要求为：杆件数量不超过100个，杆件尺寸半径要求不低于5mm，超过制造角度限制的杆件数量低于总杆件数量的10％。

7.如权利要求1所述的电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法，其特征在于，所述步骤S4中的制造角度为60度。

8.如权利要求1所述的电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法，其特征在于，所述步骤S2设计域中包括承载件、辅助承载件和工艺装饰件，离散点的分布主要集中在承载件处。

9.如权利要求1所述的电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法，其特征在于，所述步骤S5中，可视化反馈手动调整结构通过T-splines建模方式完成。

10.如权利要求1所述的电弧熔丝增材制造底盘结构设计方法，其特征在于，所述设计方法主要通过Rhino软件实施完成。

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