杨继全，李〓娜，施建平，唐文来，张〓钢
(南京师范大学电气与自动化工程学院，江苏 南京〓210023)
摘要：静态建模方法主要适用于结构和材料分布简单的异质零件,某些零件的材料既不是均匀的，也不是基于梯度的，称之为动态异质零件。基于结构和材料的混合模型可用于设计动态异质零件。可以根据材料进行建模，填充微四面体结构内材料，材料可以根据变化特性动态地分布和改变。详细阐述了材料的特征描述、体素表示方法、实体与材料的映射关系以及特征节点的提取，作为建立动态异质零件模型的基础。
关键词：动态模型；功能梯度材料；混杂微四面体
中图分类号：TS853〓〓〓文献标识码：A〓〓〓文章编号：2095-509X(2021)11-0001-06
异质零件静态建模方法主要适用于形态结构和材料分布均呈静态或相对稳定的异质零件。对于那些在不同部位同时有两种或更多种材料分布，并且（或）材料呈非规律分布的异质零件，有效的建模方法尚不多。本文从材料的角度对异质零件进行建模。目前，对于动态异质零件建模的研究较少，但也已引起一些研究者的关注。对于材料在特定时刻呈动态分布的多相材料零件的设计及其预测目前尚无有效工具。Huang和Fadel等［1］提出了利用时间因素的异质零件建模方法，但该方法不是针对材料分布广义上呈混杂型的多相材料零件提出的，对于较为特殊的材料分布，目前尚缺少建模方法。
本文给出的是一种基于静态模型［2］基础上的动态模型，零件的材料可按照变化属性呈现动态分布和改变。基于特征节点建立离散混杂变化的模型，使用混杂微四面体设计异〖HJ〗质零件，建立的模型可直接用于3D打印工艺制造零件。
1〓材料特征描述
如图1所示的CAD模型中，部分区域的材料即不是均质的也不是按梯度分布的，此类对象称为动态异质零件。这样的异质零件也可以从结构和材料两个角度进行混杂模型的建模，也可以只建立材料模型，结构的改变体现在材料的改变上。
1.1〓异质零件材料模型
将异质零件看作由多种材料组成，每一种材料
图1〓复杂异质零件及CAD模型
组分可以认为是一种单一材料。使用材料属性表示模型中某位置处材料的特征及可设计性：
〖WTHX〗T〖WTBX〗P=〖WTHX〗m〖WTBX〗P×〖WTHX〗r〖WTBX〗P
〖JY〗（1）
〖WTBZ〗
式中：〖WTHX〗T〖WTBX〗P为给定加工区域的材料属性；〖WTHX〗m〖WTBX〗P代表材料类型矩阵；〖WTHX〗r〖WTBX〗P〖WTBZ〗为材料组分比例的比例矩阵。
〖JB(〗
〖WTHX〗m〖WTBX〗P=［m1〓m2〓…〓mn］
〖WTHX〗r〖WTBX〗P=〖JB(［〗〖HL(1〗r1r2…rn〖HL)〗〖JB)］〗
〖JB)〗〖JY〗（2）
〖WTBZ〗
材料属性〖WTHX〗T〖WTBX〗P〖WTBZ〗可表示为：
〖WTHX〗T〖WTBX〗P=［m1r1〓m2r2〓…〓mnrn］
〖JY〗（3）
〖WTBZ〗
式中：mi为材料属性中第i种材料组分；n为材料属性〖WTHX〗T〖WTBX〗P〖WTBZ〗中材料组分的个数。
在真实加工过程中，可以使一类材料对应一个喷嘴，这样可以避免加工时由于需要更换材料而引起的清洗过程，提高零件快速成形速度。比如，m1对应第一个喷嘴［3］。
1.2〓异质零件功能模型
〓〓异质零件模型建立主要包含两大要素：1)功
作者简介：杨继全(1973—)，男，教授，博士，主要研究方向为3D打印技术与生物制造等，jiquang@.