01. 胞元結構 

結構形式確定的前提下，一般會通過拓撲優化或胞元結構填充的方式，來實現輕量化設計，從而達到結構減重的目的。

結構輕量化設計的兩種手段

其中，胞元結構有四種常見的結構形式：蜂窩、開孔泡沫、閉孔泡沫和點陣結構。這幾種結構形式在日常生活中的應用非常多。

胞元結構的四種形式

泡沫鋁的壓縮曲線

胞元結構并不是人類設計師的專利，而是大自然的杰作。

比如，為什么動物的骨骼十分堅硬，但卻比較輕，具有很高的比強度和比剛度？

原來，骨骼的微觀形態具有胞元結構模式，下面是在掃描電子顯微鏡下，人類骨骼呈現出的胞元結構。

人類骨骼微結構

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 02. 點陣結構 

剛才介紹的胞元結構的前三種形式工藝上比較好實現，比如蜂窩紙板的紙芯可以拉伸定型；蜂窩鋁板的鋁芯可以輥壓成型，然后膠合；開、閉孔泡沫結構都有比較成熟的發泡工藝。

而對于點陣結構呢？傳統制造的加工方式不太適用，這個時候就需要全新的增材制造方法-3D打印了。

最近幾年3D打印實在是太火了，現在很多的三維建模軟件的最新版本都增加了點陣結構的建模，甚至是分析。

在進行結構設計時，用戶可以在模型庫里隨意調用常用的點陣結構胞元模式。

常用的點陣結構胞元模式

點陣結構鋁合金的壓縮曲線

點陣結構具有輕質、高強的特點，還能減震、吸能，隔熱、降噪，非常適合模擬人類骨骼，所以醫療上通常用于人造骨骼植入人體。

點陣結構的應用

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 03. 基于ATOM的胞元拓撲優化 

為了獲得某種點陣胞元的具體結構形式，我們可以通過ATOM拓撲優化的方式來實現。

比如，我們期望結構比較抗壓，可以在分析時將載荷考慮為胞元靜水壓力形式的載荷（僅作用于預設的構架連接區域）。

模型的載荷設置

將用于進行胞元拓撲優化的原體中心置于坐標系原點，并施以關于三個坐標平面的對稱約束，優化設置的目標函數是應變能，使其最小化，約束為體積響應，使其最終小于等于10%的初始體積。

胞元優化結果

Abaqus可以按照最佳傳力路徑布置材料，從而優化出胞元結構，我們可以將優化后的結構導出，用于二次設計或有限元分析。

通過ATOM優化的點陣結構