3D打印技術之3D打印模型結構分析

1、強度加固

  針對強度問題，文獻給出了一個自動檢測并修正結構強度問題的系統方案，來創建一個新的3D模型，使其與原有模型保持盡可能相近的外形，同時提高其結構強度與整體性。該方案中，模型的結構強度問題通過一個輕量級的結構分析解算器來計算識別出。隨后，根據所檢測出的強度問題，文中給出三種方法對原模型進行修正：內部挖洞、局部加厚與加支撐。

  結構強度問題與修正方法

  文獻中的方案有效地提高了模型的結構性能，避免了高的強度應力區域的出現。但是該方案的較大局限在于：在結構強度檢測時，系統需要先預設模型可能承受的外部荷載情況，并據此對模型顯式地指定一種或幾種捏握式外部荷載來進行結構強度計算。當然，同時還需考慮模型的重力荷載。顯然，對很多模型來說，這種預設的荷載并不能很好地反映模型的真實荷載分布，因此其結構分析結果的真實性與可靠性也就不能很好地保證了。

  2、不利荷載

  針對上面的問題，文獻給出了一個更好的方案。該方案在預測或檢測模型結構強度問題時，與上述明確指定或設定模型的荷載情況方法不同的是，它去尋找一種較不利荷載情況(Worst-Case)，并據此識別出模型上易破壞之處或變形區域。

  該方案的中心方法是模態分析(Modal Analysis)，在結構分析研究領域，當一個物體以不同頻率振動時，這種振動會導致物體的一些脆弱部位產生高應力或大變形。模態分析就是用來預測結構在振動狀態下可能發生的破壞或變形的一種經典方法。

  該方案的主要步驟如下：

  (1)計算輸入模型的各階模態;

  (2)對模型的每一階模態，計算提取出相應的薄弱區域;

  (3)對每一個薄弱區域，通過求解一系列的優化問題，計算出其相應的很不利荷載分布;

  (4)用有限元方法計算在上述荷載分布作用下模型的應力，從而得到該薄弱區域的較大應力分布情況。

  綜合以上每一階模態下模型的很不利荷載分布與較大應力分布情況，確定后面結果。
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