随机结构的制作方法

本公开内容涉及产生随机化或随机结构的方法，并且特别地但非排他地，涉及具有随机结构的制品(例如，仿生医学植入物、热交换器和机械部件)。

背景技术：

1、流经规则结构的流体可能形成湍流和停滞的模式，从而降低了系统的质量流和/或效率。一种这样的结构是热交换器。另一种结构是流体流经的表面。

2、规则结构可能容易产生诸如谐振频率的不利结构行为。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是改进流经结构或表面的流体流动。另一目的是改进部件、结构或系统的结构行为。

2、以上目的通过形成随机结构的方法来实现，该方法包括以下步骤：选择父结构，该父结构定义晶胞阵列，晶胞阵列初始是均匀的；定义晶胞阵列的每个晶胞的尺寸、几何形状、相对密度和至少一个节点；在每个节点处放置对象或对象的一部分的隐函数。对象具有参数以定义其位置xcn、ycn、zcn和范围rxn、ryn和rzn或形状，该形状由具有至少参数x、y和z的等式来定义。通过应用统计分布来随机化参数中的任何一个或更多个参数，该统计分布具有标准偏差σ，该标准偏差σ对三个维度中的至少一个维度进行控制，在所述三个维度中创建每个参数的随机值，以及选择标准偏差σ的大于零的值来定义针对参数中的任何一个或更多个参数的随机化程度。从而创建表示随机结构的随机化晶胞阵列。

3、如前所述，父结构定义了最初均匀的晶胞阵列。这意味着晶胞阵列包括在三个相互垂直的方向上各自具有相同体积和相同大小以及具有相同形状的单元。

4、随机化晶胞阵列形成可以包括等值面的三维体积数据。该方法可以包括利用具有面和顶点的多边形来呈现等值面以形成随机结构的实体模型。实体模型可以被保存为stl文件或类似的文件，并且被导入打印机或其他增材制造设备或近净成形制造设备并制造随机结构。

5、对象或对象的一部分的隐函数可以是以下中的任何一个或组合：椭球体、球体、多边形、极小表面或三周期极小表面。极小表面或三周期极小表面可以具有厚度。在极小表面或三周期极小表面的情况下，其形状可以由具有至少参数x、y和z的等式来定义，根据本发明，至少参数x、y和z可以是随机化的。

6、几何形状可以是体积、面积或线中的任何一个。

7、位置xcn、ycn、zcn可以是对象的中心的位置，并且范围rxn、ryn和rzn可以是对象的边界在三个相互垂直的维度上距中心的距离。

8、统计分布可以是包括以下的组中的任何一个：高斯分布、泊松分布、威布尔分布、对数分布。尽管参考高斯分布进行了描述，但是这些和其他统计分布可以在本发明中使用。

9、随机化步骤可以包括从参数xcn、ycn、zcn的组中的至少两个参数中选择标准偏差σ的大于零的值。

10、随机化步骤可以包括从参数rxn、ryn和rzn的组中的至少两个参数中选择标准偏差σ的大于零的值。

11、随机化步骤可以包括在三个维度中的任何一个或更多个方向上逐渐地改变标准偏差σ值。

12、随机结构可以是较大结构的随机化体积。该方法可以包括利用正弦函数定义随机体积的步骤，该正弦函数具有在较大结构内的振幅、周期性、长度、厚度和位置。

13、该方法可以包括以下步骤：借助于密度为1或0来识别三维体积数据中的等值面，1为在体积中，0为在体积外，根据统计分布在统计分布的平均值周围创建正值和负值，以及将负值应用于1并将正值应用于0。从而为父结构的表面创建随机化粗糙度。

14、三维体积数据可以是包括以下的组中的任何一个：二元或距离场数据或带符号的距离场数据。

15、晶胞阵列可以具有来自包括以下布置的组中的任何一个的布置：立方、体心立方、面心立方、立方和面心立方的组合。

16、相对密度rd可以具有取决于晶胞阵列的布置的限制rdlimit。当相对密度rd≥rdlimit时，随机结构可以是闭合单元。当相对密度rd<rdlimit时，随机结构可以是开放单元。

17、在本发明的另一方面中，提供了一种包括通过前述段落中的任何段落的方法形成的随机结构的部件。

18、该部件可以是以下中的任何一个：热交换器、结构芯、声学板、频率阻尼器、隔热罩、同流换热器、过滤器、催化转化器、冲击吸收器、电池。

19、在本发明的另一方面中，一种包括根据前两段所述的部件的燃气涡轮发动机。

技术特征：

1.一种形成随机结构的方法，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的形成随机结构的方法，其中，所述对象或对象的一部分的隐函数是以下中的任何一个或组合：椭球体、球体、多边形、极小表面或三周期极小表面，

3.根据权利要求1至2中任一项所述的形成随机结构的方法，

4.根据权利要求1至3中任一项所述的形成随机结构的方法，

5.根据权利要求1至4中任一项所述的形成随机结构的方法，

6.根据权利要求1至5中任一项所述的形成随机结构的方法，

7.根据权利要求1至6中任一项所述的形成随机结构的方法，

8.根据权利要求1至7中任一项所述的形成随机结构的方法，

9.根据权利要求1至8中任一项所述的形成随机结构的方法，

10.根据权利要求1至9中任一项所述的形成随机结构的方法，

11.根据权利要求1至10中任一项所述的形成随机结构的方法，

12.根据权利要求1至11中任一项所述的形成随机结构的方法，

13.根据权利要求12所述的形成随机结构的方法，

14.一种包括通过权利要求1至13中任一项所述的方法形成的所述随机结构的部件。

15.根据权利要求14所述的部件，其中，

16.一种包括根据权利要求14至15中任一项所述的部件的燃气涡轮发动机。

技术总结
一种形成随机结构的方法，该方法包括以下步骤：选择父结构，该父结构定义晶胞阵列，晶胞阵列初始是均匀的；定义晶胞阵列中的每个晶胞的尺寸、几何形状、相对密度和至少一个节点；在每个节点处放置对象或对象的一部分的隐函数，其中，对象具有参数以定义其位置xc<subgt;n</subgt;、yc<subgt;n</subgt;、zc<subgt;n</subgt;和范围rx<subgt;n</subgt;、ry<subgt;n</subgt;和rz<subgt;n</subgt;或形状，该形状由至少具有该参数x、y和z的等式定义；通过应用统计分布来随机化参数中的任何一个或更多个参数，该统计分布具有标准偏差σ，标准偏差σ对在其中创建每个参数的随机值的三个维度中的至少一个维度进行控制；以及选择标准偏差σ的大于零的值来定义针对参数中的任何一个或更多个参数的随机化程度；从而创建表示随机结构的随机化晶胞阵列，其中，随机化晶胞阵列形成包括等值面的三维体积数据，该方法包括：利用具有面和顶点的多边形来呈现等值面以形成随机结构的实体模型，以及可选地，在增材制造过程中打印随机结构。

技术研发人员：亚当·克莱尔,扬-亨德里克·格罗特,米尔科·马尼尼,克里斯托弗·塔克
受保护的技术使用者：西门子能源全球有限两合公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29