一种基于极小曲面的多功能一体化结构设计方法

本发明涉及多功能结构设计领域，具体涉及一种基于极小曲面的多功能一体化结构设计方法。

背景技术：

1、随着科学技术的不断进步，结构设计领域也在不断创新，以满足不断发展的技术和工业需求。然而一些传统的结构和材料设计方法在面对复杂的应用场景时可能存在一些局限性，比如性能不足、难以实现多功能等问题。

2、极小曲面是一种具有高曲率曲面结构，具有出色的力学性能和优异的能量吸收特性，与传统的平面结构相比，极小曲面可以更好地承受外部应力，同时还具有更大的表面积，这为设计出更为坚固、轻量、高效的结构提供了新的可能性，因此受到了研究人员的广泛关注。目前对于极小曲面的研究中，并未充分综合结构的力学性能和隔热性能。虽然在一定程度上提升了结构的能量吸收性能，但是对于结构热防护能力的提升等方面并未得到解决。因此，本发明提供了一种基于极小曲面的多功能一体化结构设计方法，实现结构的抗冲击和隔热多功能特性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于极小曲面的多功能一体化结构设计方法，利用极小曲面本身的结构特点以及在极小曲面结构中填充气凝胶材料，实现结构的抗冲击和隔热多功能特性。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于极小曲面的多功能一体化结构设计方法，包括以下步骤：

3、(1)使用三维建模软件构建梯度极小曲面支撑结构的三维模型；

4、(2)使用3d打印技术打印梯度极小曲面支撑结构；

5、(3)使用溶胶-凝胶制备法在梯度极小曲面支撑结构内部填充酚醛气凝胶。

6、优选的，所述步骤(1)中，极小曲面结构为diamond、gyroid和primitiv e结构中的一种，三种极小曲面结构的隐式函数表达式分别为：

7、sd＝sin(x)sin(y)sin(z)+sin(x)cos(y)cos(z)+cos(x)sin(y)cos(z)+cos(x)sin(y)sin(z)

8、sg＝cos(x)sin(y)+cos(y)sin(z)+cos(z)sin(x)

9、sp＝cos(x)+cos(y)+cos(z)

10、其中，x、y、z分别为三维空间中的几何点。

11、优选的，所述步骤(2)的具体操作为：将建立的极小曲面结构模型保存成stl格式，采用3d打印技术以逐层堆叠的方式构建梯度极小曲面支撑结构。

12、优选的，所述步骤(3)的具体操作为：将b80型酚醛树脂和无水乙醇混合为均匀溶液并转移至铝箔容器中，然后将打印的极小曲面支撑结构放入容器中浸渍，而后置于烘箱中反应使树脂固化，固化完成后取出容器并冷却至室温，将样品取出，常温常压下干燥得基于极小曲面的多功能一体化梯度结构。

13、优选的，所述b80型酚醛树脂和无水乙醇混合为质量分数为30％的酚醛树脂溶液。

14、优选的，在150℃的烘箱中反应24h。

15、因此，本发明提供了一种基于极小曲面的多功能一体化结构设计方法，其构建的极小曲面结构具有抗冲击特性，内部填充的气凝胶使结构具有隔热性能，制得的多功能一体化结构综合了抗冲击和隔热性能。

16、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种基于极小曲面的多功能一体化结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于极小曲面的多功能一体化结构设计方法，其特征在于：所述步骤(1)中，极小曲面结构为diamond、gyroid和pri mitive结构中的一种，三种极小曲面结构的隐式函数表达式分别为：

3.根据权利要求1所述的一种基于极小曲面的多功能一体化结构设计方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体操作为：将建立的极小曲面结构模型保存成stl格式，采用3d打印技术以逐层堆叠的方式构建梯度极小曲面支撑结构。

4.根据权利要求1所述的一种基于极小曲面的多功能一体化结构设计方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体操作为：将b80型酚醛树脂和无水乙醇混合为均匀溶液并转移至铝箔容器中，然后将打印的极小曲面支撑结构放入容器中浸渍，而后置于烘箱中反应使树脂固化，固化完成后取出容器并冷却至室温，将样品取出，常温常压下干燥得基于极小曲面的多功能一体化梯度结构。

5.根据权利要求4所述的一种基于极小曲面的多功能一体化结构设计方法，其特征在于：所述b80型酚醛树脂和无水乙醇混合为质量分数为30％的酚醛树脂溶液。

6.根据权利要求4所述的一种基于极小曲面的多功能一体化结构设计方法，其特征在于：在150℃的烘箱中反应24h。

技术总结本发明公开了一种基于极小曲面的多功能一体化结构设计方法，属于多功能结构设计领域。包括以下步骤：(1)使用三维建模软件构建梯度极小曲面支撑结构的三维模型；(2)使用3D打印技术打印梯度极小曲面支撑结构；(3)使用溶胶‑凝胶制备法在梯度极小曲面支撑结构内部填充酚醛气凝胶。本发明提供的一种基于极小曲面的多功能一体化结构设计方法，其构建的极小曲面结构具有抗冲击特性，内部填充的气凝胶使结构具有隔热性能，制得的多功能一体化结构综合了抗冲击和隔热性能。技术研发人员：李玮洁,李营,郭立佳受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2