1. 本选题研究的目的及意义
随着工业技术的快速发展，轻量化设计作为提高资源利用率、提升产品性能的重要途径，在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域得到越来越广泛的应用。
3D打印技术，又称增材制造技术，能够突破传统制造工艺的限制，直接根据数字模型制造出复杂结构，为轻量化结构的设计与制造带来了革命性的变化。
然而，3D打印轻量化结构的设计需要综合考虑力学性能、材料特性、加工工艺等多方面因素，如何在满足实际工况力学要求的前提下，最大限度地减轻结构重量，提高材料利用率，是当前研究的热点和难点。
2. 本选题国内外研究状况综述
近年来，力学约束的3D打印轻量化结构设计方法已成为国内外研究的热点。
国内学者在拓扑优化、点阵结构设计、参数化建模等方面取得了一定的研究成果，但软件平台开发和工程应用方面仍相对滞后。
国外研究机构在算法研究、软件开发和应用推广方面处于领先地位，但相关软件价格昂贵，且难以满足个性化需求。
3. 本选题研究的主要内容及写作提纲
本选题主要研究力学约束的3D打印轻量化结构设计方法，并开发相应的软件平台。
1. 主要内容
1.研究力学约束下3D打印轻量化结构的设计原理，包括结构力学性能分析方法、轻量化设计的基本原则、3D打印材料力学性能等。
4. 研究的方法与步骤
本研究将采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的研究方法。
1.首先，进行文献调研，系统地了解轻量化设计、3D打印技术、拓扑优化算法、点阵结构设计、参数化建模等方面的国内外研究现状，为本研究提供理论基础和技术参考。
2.其次，开展力学约束下3D打印轻量化结构设计方法的理论研究，建立考虑力学性能、材料特性和制造工艺的多目标优化设计模型，并研究基于拓扑优化、点阵结构、参数化建模等方法的轻量化结构设计算法。
5. 研究的创新点
本研究的创新点主要体现在以下几个方面：
1.提出一种综合考虑力学性能、材料特性和制造工艺的多目标优化设计方法，用于3D打印轻量化结构设计，实现结构性能和重量的协同优化。
2.开发基于多种设计方法的集成化设计平台，将拓扑优化、点阵结构、参数化建模等方法有机结合，为用户提供更多设计选择和更优设计方案。
3.研究面向3D打印工艺约束的设计方法，例如，考虑打印方向、支撑结构、材料各向异性等因素对结构性能的影响，提高设计的可制造性和结构性能。
6. 计划与进度安排
第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。
第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲
第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文
7. 参考文献（20个中文5个英文）
[1] 谢里阳,张卫红,葛文杰,等.面向增材制造的点阵结构轻量化设计研究进展[J].机械工程学报,2018,54(17):1-18.
[2] 王永亮,郭为忠,杨洋,等.基于增材制造的点阵结构多孔材料力学性能研究进展[J].力学进展,2020,50(4):201900726.
[3] 唐倩,张春雷,郭为忠,等.增材制造梯度点阵结构力学性能与设计研究进展[J].力学学报,2021,53(10):2853-2873.
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