(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 202211120203.5 (22)申请日 2022.09.15 (71)申请人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 徐峰祥　徐智钊　邹震　牛小强　 (74)专利代理 机构 湖北武汉 永嘉专利代理有限 公司 42102 专利代理师 胡琳萍 (51)Int.Cl. G16C 60/00(2019.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 113/26(2020.01) (54)发明名称 一种基于梯度密度的不等厚蜂窝结构及其 参数化设计方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于梯度密度的不等厚 蜂窝结构及其参数化设计方法， 其特征在于： 包 括多个单胞结构， 每个单胞结构形状相同且外边 长相等， 单胞相对密度呈梯度分布且为胞元中心 到结构中心归一化距离的函数， 参数化设计流程 包括首先设定整体结构尺寸、 相对密度及胞元尺 寸， 对整体结构进行离散， 计算每个胞元的中心 坐标， 然后由胞元与结构中心距离关系计算胞元 相对密度和内边长度， 最后生 成胞元模 型并循环 上述过程。 本发 明设计的不等厚蜂窝结构具有良 好的面外承 载性能提升效果， 在受载时相对于所 有胞元相对密度相等的常规 蜂窝结构， 能够显著 提升结构压缩力效率， 具有更优异的吸能 能力。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115497583 A 2022.12.20 CN 115497583 A 1.一种基于梯度密度的不等厚蜂窝结构， 其特征在于同一个多孔材料中包括多个蜂窝 多边形的单胞胞元， 每个单胞胞元形状相同但相对密度不同， 各单胞胞元 的相对密度呈梯 度分布设置， 且各单胞胞元的相对密度设置为单胞胞元中心到蜂窝结构整体中心或形心的 归一化距离的函数。 2.根据权利要求1所述的基于梯度密度的不等厚蜂窝结构， 其特征在于各单胞胞元的 相对密度呈正向梯度分布设置， 且距离蜂窝结构整体中心越近的蜂窝胞元， 相对密度和壁 厚均越大。 3.根据权利要求1所述的基于梯度密度的不等厚蜂窝结构， 其特征在于所有单胞胞元 的外边长度或外半径长度相等但相对密度不同， 且对应内边长度或 内半径长度均由不同的 相对密度计算得到 。 4.根据权利要求1所述的基于梯度密度的不等厚蜂窝结构， 其特征在于各单胞结构形 状为圆形、 正 三角形、 矩形、 正六边形中的一种。 5.根据权利要求1所述的基于梯度密度的不等厚蜂窝结构， 其特征在于所述函数为幂 函数或余弦函数。 6.根据权利要求1所述的基于梯度密度的不等厚蜂窝结构， 其特征在于所述蜂窝结构 由冲压、 挤压或3D打印成型 方式中的至少一种制成。 7.根据权利要求1所述的基于梯度密度的不等厚蜂窝结构， 其特征在于所述蜂窝结构 的制备材料为光敏树脂或金属AlSi10 Mg。 8.一种基于梯度密度的不 等厚蜂窝结构参数化设计方法， 其特 征在于包括如下步骤： 首先设定同一个多孔材料中蜂窝结构的整体结构尺寸， 设定相对密度及单胞胞元外边 长度和内边长度参数初始值； 之后以蜂窝结构形心处为原点建立坐标系， 对蜂窝结构进行离散， 计算每个单胞的中 心坐标； 然后由单胞胞元中心与蜂窝结构形心距离关系计算单胞胞元相对密度和胞元内边长 度尺寸参数； 最后以相对密度成梯度分布的方式生成胞元模型并循环上述过程， 直至整个设计域的 所有单胞胞元计算完毕， 根据计算得到的单 胞胞元参数利用建模软件生产蜂窝结构模型。 9.根据权利要求7所述的基于梯度密度的不等厚蜂窝结构参数化设计方法， 其特征在 于所述胞元的形状为圆形、 正三角形、 矩形、 正六边形中的一种； 所述圆形单胞胞元尺寸参 数为内半径和外 半径， 所述正三角形、 矩形、 正六边形单胞胞元尺寸参数为内边长度和外边 长度。 10.根据权利要求7所述的基于梯度密度的不等厚蜂窝结构参数化设计方法， 其特征在 于按梯度密度生 成胞元模型后， 同一个多孔材料中， 所有单胞胞元的形状相同、 外 半径或外 边长度相同但相对密度不同， 且内半径或内边长度由不同的相对密度计算得到； 所述单胞 相对密度为胞 元中心到蜂窝结构形心归一 化距离的函数， 该函数为幂函数或余弦函数。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115497583 A 2一种基于梯度 密度的不等厚蜂 窝结构及其参数化 设计方法 技术领域 [0001]本发明涉及轻质多孔材料创新构型技术领域， 尤其涉及 一种基于梯度密度的不等 厚蜂窝结构参数化设计方法。 背景技术 [0002]功能梯度设计的轻质结构在能量吸收方面较均匀结构能表 现出更好的力学性能， 已有研究表明， 实现蜂窝结构各胞元相对密度或壁厚非均匀变化， 可使结构的材料分布更 加合理， 进而提升结构的承载性能。 文献1 “Tao Y,Duan S Y,Wen W B.Enhanced  out‑of‑ plane crushing  strength  and energy absorption  of in‑plane graded honeycombs [J].Composites  Part B:Engineering,2017,118:33 ‑40.”提出了一种新型的平面 内梯度 蜂窝， 并通过数值模拟和理论分析研究了其在平 面外压缩下的动态行为， 结果表明， 与无梯 度蜂窝相比， 正梯度蜂窝的抗压强度和吸能能力显著提高。 文献2 “Qin R X,Zhou J X,Chen  B Z.Crashworthiness  Design and Multi‑objective  Optimization  for Hexagon  Honeycomb  Structure  with Functionally  Graded Thickness[J].Advances  in  Material s Science and Engineering.2 019,1:1‑13.”将功能梯度厚度设计方法引入六边 形蜂窝结构的设计中， 结果表明具有最优参数的功能梯度蜂窝具有显著提高的吸能表现。 [0003]上述蜂窝结构的梯度设计方法主要集中于对单个蜂窝胞元复制填充， 对于每个蜂 窝胞元的的自身 结构参数未有 涉及， 特别是没有 涉及到改变每个蜂窝胞元的相对密度或壁 厚， 以及连续变化带来的性能影响研究， 因此未能充分挖掘蜂窝的轻质高强和优异吸能属 性。 发明内容 [0004]本发明鉴于以上的技术问题， 提出了一种基于梯度密度的不等厚蜂窝结构及 其参 数化设计方法， 实现结构更好的承载能力以及吸能 能力。 [0005]本发明为 解决上述 技术问题， 采用如下技 术方案： [0006]一种基于梯度密度的不等厚蜂窝结构， 其特征在于包括多个单胞结构， 每个单胞 结构形状相同且外边长或外边尺寸相等， 各单胞的相对密度呈梯度分布设置， 且各单胞 的 相对密度设置为单 胞胞元中心到蜂窝结构整体中心或形心的归一 化距离的函数。 [0007]上述技术方案中， 各单胞胞元的相对密度呈正向梯度分布设置， 距离蜂窝结构整 体中心越近的蜂窝胞 元， 其相对密度越大， 壁厚越大。 [0008]上述技术方案中， 同一个多孔材料中， 所有单胞胞元的形状相同、 外半径或外边长 度相同但相对密度不同， 且胞 元内半径或内边长度由不同的相对密度计算得到 。 [0009]上述技术方案中， 各 单胞胞元形状为圆形、 正 三角形、 矩形、 正六边形中的一种。 [0010]上述技术方案中， 所述 函数为幂函数或余弦函数。 [0011]上述技术方案中， 所述蜂窝结构由冲压、 挤压或3D打印成型方式中的至少一种制 成。说　明　书 1/5 页 3 CN 115497583 A 3