【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及变刚度结构设计，涉及一种结构化织物制造方法、变刚度矫形装置及其变刚度方法，尤其是应用在脊柱侧凸的矫形装置中。
技术介绍
1、矫形器治疗基于生物力学原理，通过在肋骨和髂骨上施加矫形力，传导作用于脊柱侧凸畸形最重的部位，使脊柱畸形度变小，并始终保持最佳矫形状态，目前已成为脊柱侧凸中有效且主流的手段。
2、在专利名称为一种变刚度矫形器中，通过将矫形器与人体所有接触区域的杆结构设置相同的密度，或将不同的接触区域的杆结构设置不同的密度，实现矫形器透气性与穿戴舒适性的提升。但由于不同刚度的刚性构件所形成的局部刚度差异，无法实现接触区域柔性适形与刚性支撑间的相互转化。
3、在专利申请名称为一种脊柱矫形装置中，通过调整束紧带在限位滑条上的位置以及通过调节纽扣调节加紧线，实现对不同矫正位置的适应调节。但无法解决矫形效果不确切，施力点容易出现偏移的难题。
4、在专利申请名称为一种可调式脊柱侧弯矫形器及其使用方法中，通过气囊结构更加灵活且便捷的实现对于人体的局部位置施力，实现局部位置矫形力的调节。但该矫形器主体结构采用硬质高分子材料，无法满足矫形需求变化的调节需求。
5、综上所述，现有矫形器结构无法同时满足柔性适应形体与刚性支撑能力的要求，同时，部分矫形器为满足调节能力的需求，因此，本专利技术提出一种结构化织物制造方法、变刚度矫形装置及其变刚度方法。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种结构化织物制造方法、变刚度矫形装
2、本专利技术提供了一种用于矫形装置的结构化织物制造方法，其包括以下步骤：
3、s1、选取离散颗粒单元：根据压力区处接触和支撑刚度的要求，从待选定的三维单元结构中选取同时满足质量、接触和刚度条件的三维单元结构，并利用建模软件得到离散颗粒单元；
4、s2、建立结构化织物：根据步骤s1得到的离散颗粒单元的参数，将离散颗粒单元分别连接成基础层和功能层，并将基础层和功能层进行连接，得到满足柔性适应形体弯曲刚度和拉伸强度的结构化织物；
5、s3、测试结构化织物性能：
6、s31、根据待矫形模型数据，调整结构化织物的形态，并在结构化织物的边界施加压力，对结构化织物进行三点弯曲仿真；
7、s32、采集结构化织物在变形后的长度、宽度和高度值，并计算结构化织物的弹性弯曲模量e，从而得到矫形器主体的抗弯性能；
8、s33、基于离散单元法计算结构化织物中离散颗粒单元间接触压力p：
9、所述离散颗粒单元的法向刚度的表达式为：
10、
11、其中，m1和m2分别为相邻两颗粒单元质量，e为弹性模量，v为泊松比，ρ为密度，lmin为颗粒单元边长；
12、所述离散颗粒单元的切向刚度的表达式为：
13、
14、其中，m1和m2分别为相邻两颗粒单元质量，g为剪切模量，ρ为密度，lmin为颗粒单元边长；
15、则离散颗粒单元间接触压力p的表达式为：
16、p＝kx
17、其中，k为接触刚度，x为接触过程中位移；
18、s34、将步骤s32和s33得到的弯曲模量e和接触压力p跟矫形器的初始支撑力和矫形力进行比较，结合矫形器强度数据及矫形施力数据库中数据判定结构化织物性能是否满足需求；
19、s4、优化离散颗粒单元：提取离散颗粒单元的边框，并根据步骤s3得到的性能测试结果，对离散颗粒单元的尺寸、形状和拓扑进行优化，从而增强离散颗粒单元之间的滑动特性、增强离散颗粒单元之间的接触、降低机构化织物的密度以及增加适形柔顺性的同时提升负压作用后机构化织物的刚度；
20、所述优化模型的表达式为：
21、
22、其中，w为离散颗粒单元的总质量，t为离散颗粒单元的拓扑设计变量，t＝(t1,t2,…,tn)t，ρi为第i组拮抗杆的密度，lj为第j号拮抗杆的长度，ai为第i个离散颗粒单元的截面设计变量，i＝1,2,…,n，为截面设计变量的上限值，p为其中元素的个数，c为形状设计变量，c＝(c1,c2,…,cf)t，i＝1,2,…,n，j∈gi，gi为属于第i组拮抗杆编号集合，σi、uk、分别为应力、位移的上下限值，σjl为第j号拮抗杆在第l个工况下的应力，l＝1,2,…,o，ukl为第l个工况下第k个受约束的位移值，k＝1,2,…,r，s为离散颗粒单元的截面离散集，为形状变量上限值，d为形状变量离散集，h为形状变量数，n为杆件组数，o为工况数，r为位移约束数；
23、s5、制作结构化织物：利用相关工艺，根据步骤s4优化的离散颗粒单元的结构、密度及力学性能参数，选用满足步骤s3得到的性能参数的材料来打印结构化织物。
24、可优选的是，在步骤s1中，所述三维单元结构的打印参数，其包括关键结点壁厚≥0.6mm、最小镂空孔径≥1mm和最小壁厚≥0.4mm。
25、可优选的是，在步骤s1中，所述接触条件为面接触，其中正应力的表达式为：
26、σ＝fn/a≤[σ]
27、剪切应力的表达式为：
28、τ＝fs/a≤[τ]
29、其中，fn为作用在物体上的正压力，fs为作用在物体上的剪切力，a是受力截面面积，[σ]为许用应力，[τ]为许用剪应力。
30、可优选的是，在步骤s2中，所述基础层为将相邻离散颗粒单元相对于彼此旋转一定角度，并通过平行排列、交错互锁所有离散颗粒单元而形成牢固链网式结构层；所述功能层为在相邻的基础层间设置功能层，通过使位于功能层的离散颗粒单元相对于位于基础层的离散颗粒单元旋转一定角度得到的结构层。
31、可优选的是，在步骤s4中，优化的参数包括离散颗粒单元的大小、结构和密度，离散颗粒单元的的平滑曲面的细节度以及拮抗杆的厚度和宽度。
32、可优选的是，在步骤s5中，所述材料包括尼龙塑料、tpu材料和合金材料。
33、本专利技术的第二方面，提供一种利用前述用于矫形装置的结构化织物制造方法获得的变刚度矫形装置，其包括矫形器主体、负压控制阀门、力感应矫正压垫和所述结构化织物。所述矫形器主体的第一安装端和第二安装端分别与所述负压控制阀门、所述力感应矫正压垫和所述束紧绑带连接，所述矫形器主体的内部设有结构化织物，所述矫形器主体根据矫形需求分为压力区和释放区，所述矫形器主体的压力区的内表面均设置力感应矫正压垫，所述负压控制阀门，其包括压力感应阀芯和阀盖，所述压力感应阀芯的连接端和所述阀盖的固定端连接。所述结构化织物，其包括离散颗粒单元和封闭空间包覆层本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于矫形装置的结构化织物制造方法，其特征在于，其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于矫形装置的结构化织物制造方法，其特征在于，在步骤S1中，所述三维单元结构的打印参数，其包括关键结点壁厚≥0.6mm、最小镂空孔径≥1mm和最小壁厚≥0.4mm。
3.根据权利要求1所述的用于矫形装置的结构化织物制造方法，其特征在于，在步骤S1中，所述接触条件为面接触，其中正应力的表达式为：
4.根据权利要求1所述的用于矫形装置的结构化织物制造方法，其特征在于，在步骤S2中，所述基础层为将相邻离散颗粒单元相对于彼此旋转一定角度，并通过平行排列、交错互锁所有离散颗粒单元而形成牢固链网式结构层；所述功能层为在相邻的基础层间设置功能层，通过使位于功能层的离散颗粒单元相对于位于基础层的离散颗粒单元旋转一定角度得到的结构层。
5.根据权利要求1所述的用于矫形装置的结构化织物制造方法，其特征在于，在步骤S4中，优化的参数包括离散颗粒单元的大小、结构和密度，离散颗粒单元的的平滑曲面的细节度以及拮抗杆的厚度和宽度。
6.根据权利要求1所述的
7.一种利用权利要求1-6之一所述的用于矫形装置的结构化织物制造方法制备的变刚度矫形装置，其特征在于，其包括矫形器主体、负压控制阀门、力感应矫正压垫和所述结构化织物，
8.根据权利要求7所述的变刚度矫形装置，其特征在于，所述离散颗粒单元，其包括镂空球体、正八面体和正六面体；所述结构化织物中拮抗杆的截面形状，其包括三角形、菱形和椭圆形。
9.根据权利要求1所述的变刚度矫形装置，其特征在于，所述压力感应阀芯，其包括压力感应模块、弹簧和密封膜片；所述力感应矫正压垫的内部设有可变形薄膜压力传感器。
10.一种根据权利要求7-9之一所述的变刚度矫形装置的变刚度方法，其特征在于，其包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于矫形装置的结构化织物制造方法，其特征在于，其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于矫形装置的结构化织物制造方法，其特征在于，在步骤s1中，所述三维单元结构的打印参数，其包括关键结点壁厚≥0.6mm、最小镂空孔径≥1mm和最小壁厚≥0.4mm。
3.根据权利要求1所述的用于矫形装置的结构化织物制造方法，其特征在于，在步骤s1中，所述接触条件为面接触，其中正应力的表达式为：
4.根据权利要求1所述的用于矫形装置的结构化织物制造方法，其特征在于，在步骤s2中，所述基础层为将相邻离散颗粒单元相对于彼此旋转一定角度，并通过平行排列、交错互锁所有离散颗粒单元而形成牢固链网式结构层；所述功能层为在相邻的基础层间设置功能层，通过使位于功能层的离散颗粒单元相对于位于基础层的离散颗粒单元旋转一定角度得到的结构层。
5.根据权利要求1所述的用于矫形装置的结构化织物制造方法，其特征在于，在步骤s4中，优化的参数包括离...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵延治，王浩博，刘志新，单煜，董历铭，裴昌磊，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：
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