摘要：针对目前军用头盔的轻量化设计问题,提出基于拓扑优化技术的军用头盔内胆轻量化设计方法。利用三维(3d)打印在成型复杂异形结构时的优势,建立具有计算机建模、数值模拟、3d打印以及工程验证的军用头盔内胆结构轻量化设计流程。根据有限元分析法,提出一种基于结构势能最小的拓扑优化算法。设计流程主要包括:通过计算机辅助设计软件对设计对象进行3d建模;使用计算机辅助分析软件Hyper Works中的Hyper Mesh建立有限元模型;通过Hyper Works中的Opti Struct进行拓扑优化设计,查看拓扑优化模型的位移结果,确定设计结构是否满足约束条件。为满足头盔所必须具有的吸能防撞功能需求,在拓扑优化后的头盔内胆基础上,在其侧面加载蜂窝式吸能结构。使用结构优化设计软件solid Thinking Inspire对带有蜂窝式结构的头盔内胆结构进行数值分析验证,模拟真实的头盔佩戴工况,优化前后的von Mises最大等效应力近似一致。对实验模型进行工程受力验证,对比优化前后军用头盔内胆的承受载荷能力。实验结果表明:在满足一定的约束条件和功能需求的情况下,拓扑优化结构可达到轻量化设计的目的,减重效果可达到17.14%,最大承受力达到原始结构的93.72%;同时3d打印技术结合数值模拟可以缩短研发周期,提高制造效率。

摘要：针对3d打印技术在个性化制造、轻量化设计以及加工工艺等方面的优势,通过三维设计软件的建模和有限元分析软件的仿真模拟,实现3d打印技术对冬季运动头盔的个性化和轻量化设计。基于运动员的人体数据实现冬季运动头盔内衬的个性化制造,通过3d扫描仪扫描人体头部数据,利用3d打印技术成形复杂结构的优势,基于拓扑优化和数值模拟技术,在满足头盔一定机械性能的同时达到头盔内胆的轻量化。将轻质材料通过3d打印技术的加工工艺运用至冬奥会头盔的研制中,从材料的本质上实现头盔轻量化。