面向快速成形制造的异质材料零件CAD建模关键技术的研究

传统CAD系统表达能力的不足已成为制约异质材料零件快速成形制造的瓶颈之一，本项目研究异质材料零件三维CAD优化设计及表达的核心问题。提出将零件的几何设计（形状拓扑优化）和异质材料设计统一在一个框架之下，将几何模型优化问题转化为受哈米尔顿-雅可比对流方程主导的动态演化过程，通过形状设计中的速度法和水平集模型相结合，推导最优设计的必要条件，建立基于水平集理论的高性能三维拓扑优化算法；以优化零件体素模型为计算对象，以材料体分比作为微结构表征量，构建以参考特征距离为参变量的材料映射函数及CAD表达数学模型，建立零件宏观性能与材料梯度微观变化表征量之间的关系；通过在小应变、小变形范围内运用平均场理论建立异质材料零件的强度、刚度及热机械响应等性能的分析模型和数值计算方法；提出几何切片轮廓约束的材料模型复合切片算法，生成快速成形制造接口数据，实现零件设计、材料设计和分析的四维CAD设计表达体系。