全连续功能梯度点阵

动态刚度显著提升

采用NURBS连续表征与等几何分析的点阵结构，克服了传统离散优化的棋盘格问题，实现了机器人部件的轻量化与动态性能协同提升。

Ming, Zhong · Xin, Shihao · 唐小卫 · 彭芳瑜 · 闫蓉 · Kai, SUN · Wu, Jiawei

International Journal of Mechanical Sciences 2026

技术优势

梯度连续无棋盘格

利用NURBS的平滑连续特性在胞元内部连续表征并调控点阵性能分布，消除了离散优化固有的梯度不连续和棋盘格效应，使材料分布更合理。

轻量化设计潜力大

TPMS功能梯度点阵结构具有高比强度和均匀应力分布，结合连续优化避免了局部材料堆积，在减重的同时提升机器人动态性能。

动态模型更精准

采用等几何分析建立了FGLS的高精度动力学模型，使全局优化结果可信，为后续设计迭代提供可靠基础。

仿真实验双重验证

该方法在航天器舱段加工机器人的伸缩臂上应用，仿真和实验均表明动态刚度和模态频率显著提升，证明了方法的有效性。

应用场景

• 工业机器人轻量化部件：减轻机器人自重、提升动态响应，同时保持结构刚度和承载能力。
• 机械臂结构优化：针对机器人臂等关键结构进行拓扑优化，消除棋盘格效应，提升动力学性能。
• 功能梯度点阵制造：以连续梯度点阵代替离散梯度，避免制造缺陷，更适合增材制造工艺。
• 轻量化机械设计：通过高比强度点阵实现轻量化，提高机械系统的动态刚度和精度。
• 点阵复合材料结构：在胞元内部连续调控点阵性能，为复合材料结构提供优化设计方法。