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浙江大学学报（理学版）
浙江大学学报（理学版）  2023, Vol. 50 Issue (6): 795-802    DOI: 10.3785/j.issn.1008-9497.2023.06.014
第15届全国几何设计与计算学术会议专题     
复杂外形约束下的多形态特征TPMS微通道设计方法
杨冠华1,吴蕾2,王清辉1(),池梓鹏1
1.华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广东 广州 510641
2.工业和信息化部电子第五研究所, 广东 广州 511370
Multi-morphological design of TPMS-based microchannels with freeform boundary constraints
Guanhua YANG1,Lei WU2,Qinghui WANG1(),Zipeng CHI1
1.School of Mechanical and Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China
2.The 5th Electronics Research Institute，Ministry of Industry and Information，Guangzhou 511370，China
 全文: PDF(5587 KB)   HTML( 0 )
摘要：

对复杂外形约束下的三周期极小曲面（triply periodic minimal surface，TPMS）微通道结构，提出一种基于共形映射的多形态特征设计方法。首先，将自由曲面边界映射至平面，在二维参数域上进行通道拓扑结构设计；然后，提出一种基于环的Beta生长算法，实现多种TPMS形态特征的平滑过渡；最后，将在二维参数域上设计的微通道结构逆映射至自由曲面约束下的三维空间，完成设计。实例分析表明，采用本文方法设计的微通道结构对复杂曲面边界具有较好的适应能力，能实现内部形态特征设计目标。
关键词： TPMS微通道结构;  多形态特征;  共形映射;  过渡区域    
Abstract:

A multi-morphology design method based on conformal mapping is proposed to design triply periodic minimal surface (TPMS) microchannels with freeform boundary constraints. This method first maps the boundary of a freeform surface to a plane, allowing for channel topology design in the 2D parametric domain; Then, a Beta growth function algorithm based on loop is proposed to achieve smooth transitions of various TPMS morphological features; Finally, by mapping the designed microchannels to the 3D space constrained by the free surface, the microchannels meet the design requirements. Our results show that the microchannels constructed by this method have good adaptability to complex surface boundaries and can achieve the design goals of internal morphological features.
Key words: TPMS-based microchannel structure    multi-morphology    conformal mapping    transition area
收稿日期: 2023-06-21 出版日期: 2023-11-30
CLC:  TP 391  
基金资助: 国家自然科学基金资助项目(52175225);广州市重点领域研发计划项目(202206070005)
通讯作者: 王清辉     E-mail: wqh@scut.edu.cn
作者简介: 杨冠华（2000—），ORCID：https：//orcid.org/0009-0000-5404-1354，男，硕士研究生，主要从事功能结构设计与制造研究.
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杨冠华
吴蕾
王清辉
池梓鹏

引用本文:

杨冠华,吴蕾,王清辉,池梓鹏. 复杂外形约束下的多形态特征TPMS微通道设计方法[J]. 浙江大学学报（理学版）, 2023, 50(6): 795-802.

Guanhua YANG,Lei WU,Qinghui WANG,Zipeng CHI. Multi-morphological design of TPMS-based microchannels with freeform boundary constraints. Journal of Zhejiang University (Science Edition), 2023, 50(6): 795-802.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/sci/CN/10.3785/j.issn.1008-9497.2023.06.014    或    https://www.zjujournals.com/sci/CN/Y2023/V50/I6/795

图1  基于环的过渡区域生成示意
图2  过渡区域偏置距离求解流程及示意
图3  4种基本TPMS结构
图4  基于星型环的多形态特征TPMS结构
图5  共形TPMS微通道结构生成流程
图6  二维参数域与原曲面上的坐标点的对应关系
图7  自主设计的多形态TPMS结构
图8  与复杂曲面共形的多形态特征TPMS微通道结构
图9  燃气轮叶片的多形态特征TPMS微通道结构设计
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