本發(fā)明涉及飛機結(jié)構(gòu)組件的蓋板以及采用這樣的蓋板的飛機結(jié)構(gòu)組件，特別是飛機客艙的隔斷壁。

背景技術(shù)：

工程施工(例如，在航空、土木工程或建筑中)的梁、桁條和框架被設(shè)計成承受垂直于各個梁的延伸方向作用的彎曲力。傳統(tǒng)梁可以作為與邊緣的凸緣以及跨在凸緣之間的腹板作為整體部件實現(xiàn)。或者，可在平行延伸的縱向支撐條之間實現(xiàn)刀具滾花的支柱(cutter milled struts)，而不是腹板，由此導(dǎo)致梁重量下降，因為形成梁所用的材料更少了。

為了減輕飛機上的重量，已經(jīng)做了若干嘗試來優(yōu)化飛機結(jié)構(gòu)組件的設(shè)計。例如，文獻WO 2014/111707 A1公開了一種設(shè)計物體的方法，包括對與該物體對應(yīng)的數(shù)字模型就已經(jīng)確定在使用該物體的過程中經(jīng)受相對較高的應(yīng)力的部分進行分析。使用這些高應(yīng)力區(qū)域來確定物體的哪部分要采用增材制造(AM)工藝生產(chǎn)以及物體的哪部分要采用不同的合適工藝例如加工工藝生產(chǎn)。文獻DE 10 2010 064 100 A1公開了用于分隔飛機的機艙區(qū)域的隔斷壁，其具有夾心狀表面結(jié)構(gòu)。

根據(jù)預(yù)定的設(shè)計標準設(shè)計結(jié)構(gòu)物體的結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化法例如已經(jīng)公開在了文獻WO 2007/076357 A2中。

文獻US 2009/0224103 A1公開了飛機上的隔斷壁，其包括由單獨形成的系統(tǒng)組件構(gòu)成的支撐元件和由該支撐元件支撐的用于形成區(qū)域成形的隔斷壁的張力安裝材料。

然而，需要可以為線性(line)且更容易翻新，以及在設(shè)計、外觀和航空公司品牌化方面提供更大靈活性的飛機結(jié)構(gòu)組件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的一個目是提供減少為實現(xiàn)飛機結(jié)構(gòu)組件的覆蓋結(jié)構(gòu)所需要的材料的量和重量的方案。

該目的是通過具有權(quán)利要求1的特征的蓋板和具有權(quán)利要求11的特征的飛機結(jié)構(gòu)組件實現(xiàn)的。

本發(fā)明公開的第一方面涉及用于飛機結(jié)構(gòu)組件的芯板的蓋板，所述蓋板包括：保護罩，其具有與芯板的外部形狀對應(yīng)的外部形狀且包括至少一個剪裁窗口(cutout aperture)；以及至少一個織物板，其安裝在保護罩上且覆蓋所述至少一個剪裁窗口。

根據(jù)本發(fā)明公開的第二方面，飛機結(jié)構(gòu)組件包括：具有承重的空間框架桿的空間框架結(jié)構(gòu)的基本上為平面的芯板和根據(jù)本發(fā)明公開的第一方面的蓋板。將蓋板安裝到芯板的前面，所述至少一個織物板夾在芯板與保護罩之間。

對于空間框架設(shè)計，使用兩階段進化尋路算法(two-staged evolutionary route finding algorithm)來構(gòu)造朝高機械穩(wěn)定性和高效載荷傳遞和分布優(yōu)化的重量輕的空間框架結(jié)構(gòu)。在第一階段，采用用于啟發(fā)式確定遵循最顯著的載荷路徑的宏觀空間框架模型的自適應(yīng)動力學(xué)方案。該第一階段的自適應(yīng)動力學(xué)方案源自變形蟲生物體多頭絨泡菌(Physarum polycephalum)的運輸網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)動力學(xué)。優(yōu)化引擎改變預(yù)定參數(shù)模型的輸入值，產(chǎn)生各種空間框架設(shè)計選擇，并在用簡化并因此快速運行的有限元(FE)模型進行性能評價后刪除表現(xiàn)最差的設(shè)計選擇。將幸存設(shè)計的初始參數(shù)用作表現(xiàn)更好的設(shè)計的進化的起始點，從而靠近作為算法的停止準則的帕累托邊界。

然后，在第二階段，在第一階段中確定的每個空間框架構(gòu)件的微結(jié)構(gòu)利用迭代地在每個空間框架構(gòu)件中在主應(yīng)力方向上增加構(gòu)件材料的生長算法進化。該算法模仿哺乳動物體內(nèi)的骨和組織生長的方式。最大應(yīng)變失效可在此用作迭代優(yōu)化循環(huán)的停止準則。

將再生設(shè)計的空間框架結(jié)構(gòu)整合到周圍托架中，該周圍托架構(gòu)成結(jié)構(gòu)組件的外觀并使其適應(yīng)飛機上的周圍結(jié)構(gòu)。再生的設(shè)計方法有利地評價大量為低重量和小結(jié)構(gòu)變形二者優(yōu)化的設(shè)計選擇。因此，與傳統(tǒng)蜂窩芯夾心結(jié)構(gòu)相比，該方法在保持相同結(jié)構(gòu)性能的同時能夠達到減重高達45％。

然后，將設(shè)計的模型作為以增材制造工藝制造空間框架構(gòu)件的基礎(chǔ)。為了更大的靈活性，可以將空間框架構(gòu)件劃分為具有適當(dāng)接頭機構(gòu)的子組件。特別有利的是，在設(shè)計空間框架的組件(特別是空間框架桿和/或伴隨的連接物)時隨著采用任何種類的層制造技術(shù)可以同時額外地降低成本、重量、產(chǎn)品設(shè)計至實際投產(chǎn)間的時間、部件數(shù)量以及制造復(fù)雜性。

本發(fā)明的蓋板給這樣設(shè)計的空間框架結(jié)構(gòu)提供靈活、重量輕且自適應(yīng)強的保護裝置。

根據(jù)所述蓋板的實施方式，所述至少一個織物板可以用鉤-絨扣件(Hook-and-pile fastener)固定到保護罩上。鉤-絨扣件有利地允許快速安裝和更換織物板。

根據(jù)蓋板的另外的實施方式，所述至少一個織物板可以具有與至少一個剪裁窗口的外部形狀一致的外部形狀。這有利地節(jié)省了織物材料，并將織物板界定為蓋住剪裁窗口。

根據(jù)蓋板的另外的實施方式，所述至少一個織物板的尺寸可以大于至少一個剪裁窗口的尺寸。在某些實施方式中，至少一個織物板可以包括在至少一個剪裁窗口的邊緣部處固定到保護罩上的緊固凸緣部。這便于在隱藏于旁觀者視線之外的保護罩的背面處將緊固件用于蓋板，從而提高了蓋板外部形狀的美觀。

根據(jù)蓋板的另外的實施方式，所述蓋板可以包括具有不同外部形狀的多個剪裁窗口。不同的外部形狀可以特別地與蓋板后面的芯板的空間框架的技術(shù)限制相匹配。

根據(jù)蓋板的另外的實施方式，所述蓋板可以進一步包括適于接收用于將蓋板固定到芯板上的緊固構(gòu)件的多個孔。然后，可以使用延伸穿過飛機結(jié)構(gòu)組件的所有層的減少量的緊固構(gòu)件固定整個飛機結(jié)構(gòu)組件的所有層狀元件。而且，如果芯板中的孔延伸穿過芯板的整個厚度，則可以使蓋板附接到芯板的任何一側(cè)。

根據(jù)蓋板的另外的實施方式，保護罩可以包括纖維增強聚合物材料。在某些特定的實施方式中，保護罩可以包括玻璃纖維增強聚合物(GFRP)材料、天然纖維增強聚合物(NFRP)材料和碳纖維增強聚合物(CFRP)材料中之一。

根據(jù)蓋板的另外的實施方式，蓋板可以進一步包括在至少一個剪裁窗口的內(nèi)沿周圍形成的邊沿保護裝置。該受保護的邊緣提高了蓋板外表的美觀，并使鋒利的剪裁窗口邊緣無需加工工藝。在某些特定的實施方式中，邊沿保護裝置例如可以包括以增材制造(AM)工藝制造的U形細長輪廓構(gòu)件。這樣的輪廓構(gòu)件可以靈活地設(shè)計成與所述剪裁窗口的具體形狀相匹配，并且可容易地以靈活的AM工藝制造。

根據(jù)飛機結(jié)構(gòu)組件的實施方式，飛機結(jié)構(gòu)組件可以是飛機客艙的隔斷件。

根據(jù)飛機結(jié)構(gòu)組件的另一實施方式，飛機結(jié)構(gòu)組件可以進一步包括附接板，該附接板包括安裝到蓋板和芯板上的壁安裝式機艙服務(wù)員坐凳。

附圖說明

將參照附圖中描繪的示例性實施方式更詳細地說明本發(fā)明。

包括用于提供對本發(fā)明進一步理解的附圖，這些附圖并入本說明書并構(gòu)成本說明書的一部分。附圖舉例說明了本發(fā)明的實施方式，并與附圖說明一起用于說明本發(fā)明的原理。本發(fā)明的其他實施方式和本發(fā)明的預(yù)期優(yōu)點將容易理解，因為通過參照下面更詳細的說明，它們變得更好理解。附圖的元件不一定相對于彼此成比例。相同的附圖標記表示對應(yīng)的類似部件。

圖1示意性舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的飛機的隔斷件的組件的分解視圖。

圖2示意性舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的圖1中的隔斷件的芯板的主視圖。

圖3示意性舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的圖2的芯板的數(shù)字模擬模型的運算階段。

圖4示意性舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的圖2的芯板的數(shù)字模擬模型的另外的運算階段。

圖5示意性舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的圖2的芯板中空間框架桿的連接點的詳細視圖。

圖6示意性舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的圖2的芯板的各部件的透視照片。

圖7示意性舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的圖2的芯板的空間框架桿的連接類型的詳細視圖。

附圖標記說明：

1 孔 E 詳細視圖

2 剪裁窗口 F 托架

3 保護罩 G 扳手輪廓

4 座位 H1 柱狀螺栓螺紋部

5 CAS凳 H2 柱狀螺栓螺紋部

6 保護罩前面 K 錨固點

7 織物板 L 載荷施加點

8 邊沿保護裝置 R 鏟架桿

10 附接板 RJ1 銷連接器

20 蓋板 RJ2 插座連接器

30 芯板 RH 桿連接器導(dǎo)管

100 飛機結(jié)構(gòu)組件 RM 模型化的空間框架桿

A 附接點 S 鉸鏈式接頭

C 連接器柱狀螺栓 SF 擔(dān)架閘門

C1 連接器 T1 空間框架結(jié)構(gòu)

C2 連接器 T2 微觀構(gòu)架

D1 旋轉(zhuǎn)運動 D2 插入運動

具體實施方式

在附圖中，除非另有說明，相同的附圖標記表示相同或功能相同的組件。任何方向術(shù)語如“頂”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”、“豎直”、“后”、“前”及類似術(shù)語僅出于說明性目的，并不意圖將實施方式界定為附圖中所示的具體布置。

盡管本文舉例說明和描述了具體的實施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，各種替代和/或等同的實施方式可以在不背離本發(fā)明的范圍的情況下替代所示和所描述的具體的實施方式。通常，本申請意圖覆蓋本文討論的具體的實施方式的任何修改或變化。

本文所公開的組件、元件和組合件中的一些可以使用自由形態(tài)制造(FFF)、直接制造(DM)、熔融沉積制造(FDM)、粉末床打印(PBP)、分層實體制造(LOM)、立體平板打印(SL)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、選擇性激光熔融(SLM)、選擇性熱燒結(jié)(SHS)、電子束熔煉(EBM)、直寫成型技術(shù)(DIW)、數(shù)字光處理(DLP)和/或疊加層制造(AM)。這些技術(shù)屬于一般層次的增材制造(AM)工藝。常稱為3D打印的那些系統(tǒng)用于通過創(chuàng)建待形成的物體的剖面圖案來產(chǎn)生三維物體，以及通過按順序堆積材料層來形成三維實體物體。任何這樣的程序?qū)⒃谝韵旅枋鲋蟹Q為AM或3D打印，而不喪失普遍性。AM或3D打印技術(shù)通常包括選擇性逐層沉積材料、選擇性融化或固化材料以及(如果需要)除去過量的材料。

3D或AM技術(shù)可以用在基于數(shù)字模型數(shù)據(jù)建立三維實體物體的程序中。3D/AM采用各材料層按順序堆積成不同形狀的疊加工藝。3D/AM目前用于原型設(shè)計和分布式制造，在工程、建設(shè)、工業(yè)設(shè)計、汽車工業(yè)和航空工業(yè)中有多種用途。

空間框架在本公開的含義內(nèi)可以包括由在空間中組織成幾何裝配件的多個構(gòu)造元件構(gòu)成的任何桁架狀結(jié)構(gòu)。構(gòu)造元件以施加到裝配件上的力基本上只作用于構(gòu)造元件的兩點上的方式成形。構(gòu)造元件本身可以具有任何期望的形狀或形式，與其他構(gòu)造元件在裝配件的接頭或節(jié)點處相互連接。

圖1表示示意圖中的飛機的隔斷件100的組件的分解視圖。該隔斷件100例如可以是客機機艙的不同區(qū)域之間的分隔物壁。隔斷件100在圖1中被示例性地描繪為例如可以安裝在客機的尾部區(qū)域的全高型隔斷物。隔斷件100例如可以用作尾部廚房和乘客艙之間的分隔壁。隔斷件100可以作為利用與其它或傳統(tǒng)隔斷件相同的機架接口的線性且翻新的方案(line-and retrofit solution)實現(xiàn)。當(dāng)然，隔斷件100僅作為實例，用于描述和說明本發(fā)明的某些特征和方面，而其它飛機結(jié)構(gòu)組件也可以按照如結(jié)合圖1的隔斷件100給出的完全相同的原理實現(xiàn)。

隔斷件100在某些實施方式中通?？梢园ǎ涸诟魯嗉?00后部的具有承重的空間框架桿RM的空間框架結(jié)構(gòu)T1的基本為平面的芯板30、安裝在芯板30的前面的蓋板20以及構(gòu)造成將功能元件附接到隔斷件100上的附接板10。附接板10例如可以適于將具有樞轉(zhuǎn)座4的壁安裝式機艙服務(wù)員坐凳5(CAS凳)安裝到隔斷件100上。隔斷件100可以特別地設(shè)計成符合FAA試航性標準，例如16g動力測試。

蓋板20可以包括帶有前面6的基本為剛性的保護罩3和從保護罩3的背面安裝到保護罩3上的至少一個織物板7，使得蓋板20附接到芯板30上時織物板7夾在芯板30和保護罩3之間。如圖1所示，保護罩3通常可以具有與芯板30的外部形狀對應(yīng)的外部形狀?？梢詮谋Ｗo罩3的材料上剪裁出一個或多個形狀不同的窗口2。保護罩3例如可以由纖維增強聚合物材料制成，纖維增強聚合物材料例如為玻璃纖維增強聚合物(GFRP)材料、天然纖維增強聚合物(NFRP)材料以及碳纖維增強聚合物(CFRP)材料。

剪裁窗口2可以以如下方式與芯板30的空間框架結(jié)構(gòu)T1的形狀相匹配：空間框架桿RM被蓋板3從前面覆蓋且可穿過蓋板20的剪裁窗口2看見相鄰空間框架桿RM之間的至少部分空間。

將織物板7安裝到保護罩3上，并優(yōu)選從蓋板20的背面覆蓋部分或全部剪裁窗口2。織物板7例如可以用鉤-絨扣件固定到保護罩3上，并且自身可以在其背面包括鉤-絨扣件以將織物板7附接到芯板30上?？赡苡欣氖?，在織物板7的外部形狀與剪裁窗口2的外部形狀一致的意義上使織物板7的外部形狀與各個剪裁窗口2的外部形狀相匹配?？椢锇?的尺寸可以特別地大于相應(yīng)的剪裁窗口2的尺寸，使得緊固凸緣部到達在保護罩3后面的剪裁窗口2的外緣。這些緊固凸緣部然后可以沿邊緣固定到保護罩3上，例如通過前述鉤-絨扣件。

如果有必要，可以在保護罩3及保護罩3后面的織物材料上鉆或以其它方式形成多個孔或孔洞1?？?可用作可以將整個蓋板20連接到芯板30上的緊固構(gòu)件用的孔洞，芯板30也可以在空間構(gòu)架桿RM和/或托架部中對應(yīng)地包括定位孔。

為了避免沿剪裁窗口2的內(nèi)沿的鋒利邊緣，可以在這些邊沿周圍形成邊沿保護裝置8。邊沿保護裝置8例如可以包括U形細長輪廓構(gòu)件。這樣的輪廓構(gòu)件可以以增材制造AM工藝制造。

蓋板20為航空公司提供新的定制可能性，因為隔斷物的蓋獨立于其所附接的芯板30。客戶可以選擇不同的蓋概念，例如“封閉”平蓋、織物的靈活集成或光與其它特征(如屏幕或顯示器)的集成。而且，裝飾性框架或板元件可以容易地和可更換地布置在保護罩的平滑前面上，從而給航空公司獨特的品牌化和任何期望的公司設(shè)計的產(chǎn)生提供巨大機遇。

如圖1中所描繪的芯板30在圖2中從前面更詳細地示出。芯板30和蓋板20均可以在擔(dān)架閘門(stretcher flap)SF的位置處具有隱藏式內(nèi)框架。擔(dān)架閘門SF可以構(gòu)造為提供通向擔(dān)架(例如，作為飛機上擔(dān)架患者的運輸擔(dān)架)的裝載區(qū)域的通道。芯板30的外部形狀通常與芯板30可附接的機身部分的內(nèi)部形狀相匹配，例如，借助附接于機身結(jié)構(gòu)的鉸鏈式接口S的拉桿(tie rod)將芯板30附接于機身部分。在機艙的地板部，芯板30例如可以通過機艙錨固點K處的螺栓固定到機艙上。錨固點K以及鉸鏈式接口S的拉桿的附接點可以進行增強并局部加厚，以保證通往周圍機身結(jié)構(gòu)的載荷傳遞路徑平滑且可靠。

圖2的芯板30通常用多個部分交叉的空間框架桿R的宏觀空間框架結(jié)構(gòu)T1構(gòu)成?？臻g框架桿模型RM的具體布置例如可以通過計算機實現(xiàn)的設(shè)計程序確定，該計算機實現(xiàn)的設(shè)計程序采用通過空間框架桿R的桁架優(yōu)化載荷路徑的元啟發(fā)式優(yōu)化算法。芯板30通?？梢园ㄔ谛景?0的外部形狀的邊緣延伸的托架F以及在托架F跨越的平面內(nèi)延伸的空間框架結(jié)構(gòu)T1。芯板30的整個厚度可以特別地小于3cm。

芯板30的所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件都可以特別地使用增材制造AM工藝制造。芯板30的結(jié)構(gòu)構(gòu)件例如可以通過AM工藝由可得到的合適材料(例如，Scalmalloy^TM)制成。Scalmalloy^TM是針對高強度和極高強度擠壓制品開發(fā)的鋁-鎂-鈧合金(AlMgSc)，得到異常高的疲勞性能以及與AlMgSc片材相同的積極制造傾向。在一些實施方式中，芯板30可以分幾部分制造，使得可以使用更小的AM機器和系統(tǒng)。例如，有可能將空間框架結(jié)構(gòu)T1的拓撲結(jié)構(gòu)分解成多個子組件R(其中兩個在圖2中出于示例性目的用附圖標記示例性地表示出來)，例如，20～150個可以在不同ALM系統(tǒng)上單獨3D打印的子組件R。每個子組件R可以含有具有不同連接器類型C1和C2的標準化連接器(其中各有兩個在圖2中出于示例性目的用附圖標記示例性地表示出來)，所述連接器允許待接合的各個子組件R之間正確連接并且允許調(diào)整相鄰子組件R之間的容隙。在破壞的情況下，受影響的子組件R可容易地以低成本更換。兩種不同連接器類型C1和C2的連接器將在下面結(jié)合圖7進行說明和描述。

圖6描繪了芯板30的各部件的透視照片，以更好地舉例說明芯板30的空間框架裝配件的形狀和拓撲結(jié)構(gòu)。可以看出，在底部的托架包括加厚的錨固點K，用于將芯板30連接到周圍機身結(jié)構(gòu)。示出了空間框架桿R的若干下端與托架以及彼此一體制造。每個空間框架桿R自身形成為微觀構(gòu)架，包括許多可以在局部節(jié)點處彼此之間相互連接的在側(cè)面對角延伸的支柱。

結(jié)合圖5描繪微觀構(gòu)架T2。在圖5中，示例性地說明了相鄰空間框架桿之間的三種不同相互連接節(jié)點類型(A)、(B)和(C)。微觀構(gòu)架T2可以根據(jù)局部載荷分布設(shè)計，該局部載荷分布可得自在預(yù)定邊界條件下的載荷分布模型。在交叉空間框架桿之間的節(jié)點區(qū)域N中，每個空間框架桿的微觀構(gòu)架T2的在側(cè)面對角延伸的支柱可以適當(dāng)?shù)乇舜私Y(jié)合。對于每個桿R，桿的芯部可以形成為桁架結(jié)構(gòu)，即由組裝成三維結(jié)構(gòu)并以節(jié)點形式連接的雙力構(gòu)件構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。通常，這樣的桁架結(jié)構(gòu)可以包括由直構(gòu)件構(gòu)造的多邊形，其中直構(gòu)件的端部并且有時是中間部連接在桁架節(jié)點處。在圖5和圖6的示例性情況下，微觀構(gòu)架T2呈現(xiàn)的是具有沿空間框架桿R的延伸方向延伸的4個基本平行的梁和在這四個基本平行的梁之間由對角堆疊的交叉梁形成的畫有交叉影線的構(gòu)架搭板的框架的形狀。

空間構(gòu)架桿R自身的拓撲結(jié)構(gòu)形成宏觀構(gòu)架T1，其可以具有大致二維布局，即空間框架桿R基本上臥在一個延伸平面上(附圖舉例說明的實施例中的豎直延伸的平面)。空間框架桿R中的部分或全部可以在它們各自的桿端部配備有連接器C1或C2，所述連接器的類型在圖7中更詳細地示出。

連接器類型C1可以是形成在空間框架桿的端部的桿連接器導(dǎo)管RH，其具有起到用于陽螺旋連接器柱狀螺栓C的陰連接器部分的內(nèi)螺紋。連接器柱狀螺栓C用增材制造AM工藝例如由Scalmalloy^TM一體形成。在連接器柱狀螺栓C的第一螺栓體H1處，形成左旋外螺紋部，而位于連接器柱狀螺栓C的相對側(cè)的第二螺栓體H2形成有右旋外螺紋部。如果連接器柱狀螺栓C插在都在端部配備有類似的桿連接器導(dǎo)管RH的兩個相鄰桿R之間，則旋轉(zhuǎn)運動D1會產(chǎn)生使第一和第二螺栓體H1和H2上的兩個螺紋部同時被驅(qū)動進入它們各自的陰螺紋桿連接器導(dǎo)管RH中的力矩。以這種方式，待通過連接器類型C1接合的桿可以彼此拉扯，桿之間的距離根據(jù)施加到連接器柱狀螺栓C上的轉(zhuǎn)動次數(shù)而變化。為了幫助將力矩施加到連接器柱狀螺栓C上，連接器柱狀螺栓包括扳手輪廓G，其在第一和第二螺栓體H1和H2之間與這兩個螺栓體一體形成。在第一和第二螺栓體H1和H2處形成的螺紋可以特別地具有類似的螺距。然而，在某些變型中，第一和第二螺栓體H1和H2的螺紋可以具有不同的螺距，例如，在要將防錯機構(gòu)(poka-yoke mechanism)置于適當(dāng)位置來防止桿不正確地安裝在空間框架中的情況下。在第一和第二螺栓體H1和H2處的螺紋線可以是單線螺紋，然而，在某些變型中，可以提供雙線螺紋以給組裝提供更大容隙。

連接器類型C2可以是半互搭接頭類型，其中第一連接器部RJ1(如圖6和圖7所示)形成有與空間構(gòu)架桿的端面間隔開并且平行于其突出的成角度的銷(angled pin)。第二連接器部RJ2(未在圖6中明確中示出，而僅在圖7中示出)形成有相應(yīng)成角度的管(angled tube)，作為與空間構(gòu)架桿的端面間隔開并且平行于其突出的成角度的銷的插座?？梢酝ㄟ^待連接的空間框架桿的兩個對應(yīng)端部的滑動或插入運動D2使成角度的銷與成角度的插座彼此互鎖對準。例如，可以有兩個或更多個成角度的銷與對應(yīng)成角度的插座彼此平行延伸。如果存在至少兩個銷和插座，則連接C1對扭矩在機械上更穩(wěn)定。

銷與插座在空間框架桿的延伸方向上形成底切，其提供對抗被拉開的空間框架桿之間的接頭的機械阻力。為了在銷與插座的內(nèi)壁之間提供更大握固力，成角度的銷可以設(shè)置有滾花的外表面，如可以在圖7中用附圖標記“E”表示的細節(jié)中示例性地看出。滾花的外表面例如可以包括一系列槽紋、隆起物或棱形圖案，它們在銷表面形成大量輕微壓痕。這就擴大了成角度的銷的外表面與成角度的插座的內(nèi)壁之間的有效接觸表面。

連接器類型C1和C2均被設(shè)計成迫使待接合的空間框架桿相對于彼此僅有極小的移動。這就便于在小的側(cè)面移動的情況下連接相鄰空間框架桿R。特別是在芯板30的復(fù)雜結(jié)構(gòu)拓撲中，就組裝而言，空間框架桿R相對于彼此的偏移通常存在小的可允許的誤差。因此，連接器類型C1和C2在組裝復(fù)雜的飛機結(jié)構(gòu)組件時是有利的連接器類型。

空間框架T1可以具有大致三維布局，即對于由空間框架桿R的子集所限定的每個第一延伸平面，桿R的另一個子集以定義至少一個另外的第二延伸平面的方式連接到前面的子集的節(jié)點上，所述至少一個另外的第二延伸平面相對于第一延伸平面為非零角度布置?？臻g框架桿R的數(shù)量通常不限于任何特定數(shù)量，而是它們的數(shù)量將最終取決于用于找出空間框架T1的最佳設(shè)計的優(yōu)化算法的結(jié)果。而且，在鄰接的空間框架桿R的相互連接處的連接器的數(shù)量、種類、類型以及具體設(shè)計可以根據(jù)單個空間框架R的特定優(yōu)化設(shè)計和/或期望的最大長度而不同。

通常，一組空間框架桿R與托架F可以形成空間框架構(gòu)造套件，其可用于構(gòu)造所期望的結(jié)構(gòu)組件，例如，芯板30。本文所公開的空間框架構(gòu)造套件可用在許多應(yīng)用中，包括但不限于飛機、室內(nèi)設(shè)計、橋梁建造、車輛車廂、土木工程、兒童玩具的應(yīng)用等中的結(jié)構(gòu)組件的構(gòu)造。具體應(yīng)用是關(guān)于飛機結(jié)構(gòu)組件中的芯板的構(gòu)造。這樣的芯板可以包括空間框架桿，用于限定飛機結(jié)構(gòu)組件的整體外部形狀，例如，在由剛性外部托架預(yù)先確定的組件邊界內(nèi)。

將結(jié)合圖3至圖5來示例性地說明和描述用于設(shè)計芯板30的空間框架結(jié)構(gòu)T1的空間框架拓撲結(jié)構(gòu)的計算機實現(xiàn)方法。該方法可以特別地采用通過空間框架桿R的桁架優(yōu)化載荷路徑的元啟發(fā)式優(yōu)化算法。

首先，將現(xiàn)有的幾何數(shù)據(jù)導(dǎo)入建模軟件中?？墒褂脦缀螖?shù)據(jù)創(chuàng)建潛在設(shè)計空間的邊界表示法，例如，飛機上客艙的隔斷壁的托架模型F。利用實體有限元分析模型，可以計算映射到潛在設(shè)計空間的邊界表示法中的每個點的載荷應(yīng)力圖?？梢栽谀M中施加代表性載荷以研究內(nèi)部載荷路徑和應(yīng)力。

如圖3所示，模型化的托架F可以設(shè)置有多個位于設(shè)計空間的邊界處的附接點A以及多個載荷施加點L，其中多個附接點A限定空間框架上的載荷和應(yīng)力轉(zhuǎn)移到周圍結(jié)構(gòu)的位置，多個載荷施加點L是主要載荷預(yù)期施加處，例如，圖1中所示的附接板10的安裝位置。此外，還可以在設(shè)計空間中標記在托架上的錨固點K。此定義創(chuàng)建定制的幾何結(jié)構(gòu)，作為以下再生的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法的起始設(shè)置。

作為起始網(wǎng)絡(luò)，在設(shè)計空間中創(chuàng)建多個附接點A和載荷施加點L中的每兩個之間的多個互連線。另外，有可能在互連線的起始網(wǎng)絡(luò)中加增強線。這些增強線例如可以在設(shè)計空間中在一條互連線上的節(jié)點N與多個附接點A和載荷施加點L中的一個之間延伸。另一方面或另外，其他增強線可以在相鄰的互連線上的兩個節(jié)點N之間延伸。起始網(wǎng)絡(luò)因此包括的互連線和增強線的數(shù)量比最終空間框架設(shè)計所期望的多得多。然后，需要挑選線的起始網(wǎng)絡(luò)(通常稱為圖3和圖4中的模型化空間框架桿線RM)以獲得沿預(yù)期的載荷路徑延伸的更少量的互連線和增強線。因此，多目標優(yōu)化循環(huán)涉及至少朝最小重量(對應(yīng)于線的數(shù)量)和在預(yù)先確定的應(yīng)力下最小偏移的優(yōu)化。

多目標優(yōu)化循環(huán)可以經(jīng)過與由真黏菌的自適應(yīng)生長已知的仿生路徑探索模型類似的考慮。例如，Tero,A.；Kobyashi,R.；Nakagaki,T.；“A mathematical model for adaptive transport network in path finding by true slime mold(自適應(yīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)在通過真黏菌的路徑探索中的數(shù)學(xué)模型)”,Journal of theoretical biology No.244 vol.4,pp.553-564,2007年2月21，和Tero,A.；Takagi,S.；Saigusa,T.；Ito,K.；Bebber,D.P.；Fricker,M.D.；Yumiki,K.；Kobayashi,R.；Nakagaki,T.:“Rules for Biologically Inspired Adaptive Network Design(生物啟發(fā)的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的規(guī)則)”,Science No.327 vol.5964,pp.439-442,2010年1月22，二者公開了在生物啟發(fā)的數(shù)學(xué)模型中所捕獲到的真黏菌的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)形成的核心機制和算法。

互連線和/或增強線中的每條用載荷施加因素參數(shù)化。載荷施加因素源自于前面計算的載荷應(yīng)力圖的值。然后，挑選互連線和/或增強線的起始網(wǎng)絡(luò)。每個挑選程序可以用限定挑選過程的不同參數(shù)不同地運行，使得產(chǎn)生多個不同的潛在空間框架設(shè)計用于進一步分析。選擇參數(shù)例如可以包括總體線密度、局部線密度和線長度，或者，在增強線的情況下，包括互連線上的節(jié)點位置和增強線的長度。

所述分析例如可以涉及使用改變參數(shù)模型的輸入值的優(yōu)化引擎。所獲得的潛在空間框架設(shè)計中的每個用可以使用有限元分析得到的性能得分來評價。性能得分例如可以考慮多個預(yù)先確定的優(yōu)化參數(shù)，例如根據(jù)建議的空間框架設(shè)計制造的空間框架桿的預(yù)期重量以及根據(jù)建議的空間框架設(shè)計制造的空間框架桿在外部應(yīng)力的作用下的變形/偏移。

例如可以使?jié)撛诳臻g框架設(shè)計聚集在多變量優(yōu)化參數(shù)圖中，以找出接近帕累托邊界的空間框架設(shè)計，使得只有每個創(chuàng)建階段具有最佳性能得分的潛在空間框架設(shè)計被選擇用于進一步分析。最好的潛在空間框架設(shè)計的選擇參數(shù)，即具有最佳性能得分的空間框架設(shè)計被選擇用于再生確定一組新的組合的選擇參數(shù)。根據(jù)期望的收斂速度，只有性能得分高于預(yù)定性能閾值的那些空間框架設(shè)計可以被選擇進行該進化程序。

然后，使用該新的組合的選擇參數(shù)組產(chǎn)生第二代潛在空間框架設(shè)計，該第二代潛在空間框架設(shè)計可再次經(jīng)歷性能評價。以這種方式，可以基于前幾代的最好性質(zhì)“進化出”越來越多代的潛在空間框架設(shè)計。該迭代過程可以在隨后產(chǎn)生的潛在空間框架設(shè)計的性能得分的增量降至低于終止閾值時特別地被終止。

然后，選擇具有優(yōu)化的宏觀結(jié)構(gòu)T1的一個或數(shù)個空間框架設(shè)計，用于創(chuàng)建具有優(yōu)化的微觀結(jié)構(gòu)T2的自定義再生幾何結(jié)構(gòu)。為此，針對所選的潛在空間框架設(shè)計中所建議的宏觀線中的每條產(chǎn)生具有微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)架T2的桁架模型。圖4示例性示出了具有左邊的宏觀結(jié)構(gòu)T1的最終選擇的空間框架設(shè)計之一。右邊的詳細視圖示例性示出了針對模型化的空間框架桿RM之一所產(chǎn)生的桁架模型的微觀結(jié)構(gòu)T2。再者，基于預(yù)先計算的載荷應(yīng)力圖的對應(yīng)值進行桁架模型的產(chǎn)生。然后將產(chǎn)生的桁架模型用作增材制造AM工藝的輸入幾何結(jié)構(gòu)。利用AM工藝，可以制造在結(jié)合到空間框架時滿足低重量、低材料消耗和高機械穩(wěn)定性的預(yù)期目標的定制空間框架桿。

根據(jù)可用或期望使用的AM系統(tǒng)，部分或全部空間構(gòu)架桿可以細分成多個部分空間框架桿。這些部分空間框架桿可特別地限于可以對應(yīng)于預(yù)先確定的最大長度，該預(yù)先確定的最大長度可以對應(yīng)于用可用的AM系統(tǒng)制造的最大長度。該細分的部分空間框架桿然后可以配備有如結(jié)合圖7所示的連接器類型C1和C2中之一。例如，部分空間框架桿可以具有形成為用于連接至陽連接器柱狀螺栓C的陰螺紋桿連接器導(dǎo)管的端部?；蛘撸摬糠挚臻g框架桿可以與位于相應(yīng)端部處的成角度的銷連接器RJ1和成角度的插座連接器RJ2中之一一體形成。

上面描述的空間框架構(gòu)造套件為一個廉價、極輕且靈活的系統(tǒng)，其允許對具有不同外部輪廓的多個結(jié)構(gòu)快速構(gòu)造和解構(gòu)。該空間框架構(gòu)造套件例如可以用于構(gòu)建飛機結(jié)構(gòu)組件的芯板，例如飛機機艙隔斷壁。用這樣的空間框架構(gòu)造套件構(gòu)建的飛機結(jié)構(gòu)組件容易修理，因此維護成本低，因為單個破壞的構(gòu)架元件容易被更換。而且，由于飛機結(jié)構(gòu)組件的標準形式設(shè)計的構(gòu)造，整個組件的幾何容隙(tolerance)可以通過調(diào)節(jié)空間框架的各標準形式設(shè)計的部件之間的連接器來補償。

可以提供包括一個或多個處理裝置的系統(tǒng)，例如，可以在個人計算機或計算機工作站中找到。這樣的系統(tǒng)還可以包括能夠配置處理裝置以進行本文描述的示例性計算機實現(xiàn)方法的一組指令，用于設(shè)計、構(gòu)建、分析和優(yōu)化空間框架模型和空間框架組件的模型。該指令可以設(shè)置在計算機可訪問介質(zhì)如存儲介質(zhì)上。本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到，本發(fā)明公開可以作為由一個或多個處理器和/或一個或多個軟件應(yīng)用可執(zhí)行的一個或多個軟件過程實現(xiàn)。另外，本發(fā)明沒有參照任何特定的編程語言描述。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用各種編程語言來實現(xiàn)本文描述的發(fā)明的教導(dǎo)。還要理解的是，所述方法可以體現(xiàn)在任何形式的存儲器設(shè)備或存儲介質(zhì)上，包括各種形式的順序、偽隨機和隨機存取存儲設(shè)備。如本領(lǐng)域已知的存儲介質(zhì)包括所有形式的隨機存取存儲器、磁帶和光帶、磁盤和光盤，以及各種其他形式的固態(tài)大容量存儲設(shè)備，例如硬盤驅(qū)動器、CD-ROM或DVD-ROM、磁帶或軟盤、閃存驅(qū)動器或任何其它固態(tài)存儲器存儲介質(zhì)。

在前面的詳細描述中，出于簡化本發(fā)明公開的目的，各種特征組合在一個或多個實施例中。要理解的是，上面的描述意圖是說明性的，并非限制性的。其意圖覆蓋所有替代物、修改和等同物。在閱讀上述說明書后，許多其他實施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。

選擇和描述實施方式是為了更好地說明本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域其他技術(shù)人員能更好地利用本發(fā)明以及適合預(yù)期特定用途的帶有各種修改的各種實施方式。在所附的權(quán)利要求書和整個說明書中，術(shù)語“包括(including)”和“其中(in which)”分別用作相應(yīng)術(shù)語“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的簡單英文等同物。此外，“一個/一種(a)”和“一個/一種(one)”在本案中不排除多個/多種的情況。