统一试件的几何参照
以 100 × 100 × 40 mm 为试件尺寸、约 20% 为目标填充率，用体积与骨架长度估算杆件半径，并在实体模型中复核。让拓扑比较有共同的尺寸基础。
GENERATIVELATTICE SYSTEM
Designing support through geometry.
参数化晶格与增材制造坐垫设计研究从晶格试件的结构响应，走向坐垫的渐变开孔设计。
- 我的工作
- 负责参数化建模、晶格结构探索与仿真分析，将几何生成、打印样件和坐垫方案比较连接起来。
- 已有成果
- 已有数字模型、打印样件和 ANSYS 云图；PP 坐垫原型与两种开孔方案有同工况对比。
TPU 晶格试件与 PP 坐垫属于不同阶段、不同材料的研究。现有结果是静力分析，舒适性、透气性与长期使用表现仍需实测。
查看仿真结果
Generative Lattice System
让结构分析成为几何调整的依据。
研究分为两个阶段：先通过参数化模型、打印样件与静力学分析比较多孔试件，再将基于受力调整几何的方法用于 PP 腰托坐垫。前一阶段关注拓扑与结构响应，后一阶段比较原始坐垫与两种渐变开孔方案，分别交代材料、载荷和边界条件。
先建立比较条件，再读取结果。
把材料差异留在结果旁
在顶面 500 N、底面固定的工况下比较 TPU 蜂巢与 Voronoi，并将聚氨酯泡沫作为材料参照。泡沫与晶格使用不同材料，结果差异不能只归因于拓扑。
用样件检查制造表达
将数字几何转化为打印样件，观察杆件、孔隙和连接。样件用于补充几何与制造观察；结构性能仍需实体压缩实验与材料测试校准。
Grasshopper 建模与晶格样件打印。
以拓扑、尺度与杆径构建可调整的几何系统。规则蜂巢提供连续的支撑路径，非规则杆网则为局部形态变化提供空间。
试件尺寸、填充率与杆径估算
- 试件尺寸
- 100 × 100 × 40 mm
- 目标填充率
- ≈ 20%
- Voronoi 骨架总长
- 8,552.62 mm
STRUT RADIUS / APPROXIMATION
ρ ≈ πr²L / V
用目标填充率关联骨架总长与杆件半径，让不同拓扑在相近材料占比下进行比较。
500 N 载荷下的应力与变形。
PERFORMANCE / STATIC STRUCTURAL
蜂巢晶格 / 最大总变形VIEW IMAGE ↗
在统一尺寸与 500 N 载荷下，对比蜂巢和 Voronoi 的结构响应，并引入泡沫作为材料参照。
DESIGN DECISION / 01
比较蜂巢、Voronoi 与泡沫的变形
蜂巢的小变形对应更强的支撑倾向；Voronoi 更大的变形则为柔顺结构提供探索方向。将这一差异转化为坐垫的功能分区，是下一步设计的依据。
蜂巢晶格
- 材料
- TPU
- 弹性模量
- 200 MPa
- 密度
- 1280 kg/m³
- 泊松比
- 0.4
- 云图原值
- 5.4024e−5 m
本次工况下总变形较小，可作为支撑结构的研究起点。
METHOD & DATA / 工况与完整数据
试件 100 × 100 × 40 mm，底面固定，顶面竖直向下施加 500 N。蜂巢与 Voronoi 使用 TPU，泡沫为不同材料对照。图表为统一线性尺度，数值来自离线 ANSYS 分析，不随几何控件实时变化。
| 结构 | 材料 | 等效应力 / MPa | 总变形 / mm |
|---|---|---|---|
| 蜂巢晶格 | TPU | 0.46314 | 0.054024 |
| Voronoi 晶格 | TPU | 7.6756 | 0.9153 |
| 聚氨酯慢回弹泡沫 | PU foam | 0.23072 | 20.499 |
泡沫变形相对试件高度较大，需进一步复核材料本构与大变形设置。仿真用于方案比较，实体表现需实验校准。
原始坐垫与两种开孔方案比较。
第二阶段转向 350 × 330 × 280 mm 的 PP 腰托坐垫，研究对象从晶格试件变为曲面开孔结构。 延续的是“读取受力，再调整几何”的设计方法；前面的 TPU 试件数据不直接用于预测坐垫性能。 先读取坐垫原始模型的应力分布，再在中部低应力区域布置渐变开孔，保留坐面与靠背连接处及两侧边缘的连续性。
依据应力分布确定开孔位置
- 01 / Locate识别连接处与边缘的应力集中区域。
- 02 / Map计算 Voronoi 单元中心至控制曲线的距离，将距离映射为缩放系数。
- 03 / Generate把缩放后的多边形映射到目标曲面，形成由中部向边缘渐变的开孔。
- 04 / Compare保持材料与边界条件一致，对比原型及 A、B 两种开孔方案。
PROCESS ARCHIVE / 拓扑探索与载荷设置
DESIGN DECISION / 02
保留连接处，在中部区域渐变开孔
高应力的连接处保持连续，中部区域通过渐变开孔释放空间。结构分析由此成为生成规则的输入。
同一 PP 材料下的三种方案
固定材料与边界条件，对比原始模型与两种开孔方案。A、B 方案在本次静力分析中均呈现更低的最大等效应力与总变形，支持在低应力区域继续探索减材设计。
| 方案 | 最大等效应力 / MPa | 最大总变形 / mm |
|---|---|---|
| 原始坐垫 | 8.72 | 10.83 |
| 渐变镂空 A | 7.29 | 9.53 |
| 渐变镂空 B | 7.43 | 9.53 |
ANALYSIS CONDITIONS / 材料与边界条件
PP：弹性模量 1.5 GPa，泊松比 0.4。坐面压力 0.0075 MPa，靠背沿 −Y 方向压力 0.017 MPa，坐面底部固定。结果对应当前静力学模型；疲劳、透气与舒适性需通过后续实体测试评估。
查看坐垫方案云图汇总
调整晶胞类型、尺度与杆径。
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材料测试、网格收敛与实体压缩尚待完成。
下一阶段将结合人体压力分布细化支撑分区，并以材料测试、网格收敛与实体压缩实验校准模型。设计重点从单一几何生成，进一步转向可测量的支撑与使用体验。