□ 方泽辉 □ 李鑫宇 □ 蒋钰婷 □ 叶加健 □ 丁圆圆 □ 周风华

宁波大学 机械工程与力学学院 浙江宁波 315211

1 研究背景

点阵材料因微观结构的可设计性而成为一种多功能轻量化材料,具有高比刚度、高比模量、隔声、隔热、吸能等特性[1-2]。通过对微观结构进行重新编辑,多种具有重要功能的点阵材料被设计出来,如体心立方材料、面心立方材料、金字塔材料、八面体材料、十四面体材料等[3-10]。拓扑优化方法的发展对于点阵结构材料的设计而言,具有非常重要的作用。拓扑优化方法是一种可选择对材料宏观性能进行优化的结构设计方法,对于材料整体刚度优化问题的解决尤为方便和适用[11]。Yang Chengxing等[12]采用拓扑优化方法,设计了刚度最大的四种晶格材料,分别为面-边立方体材料、边-顶点立方体材料、面-顶点立方体材料、面-边-顶点立方体材料。结果表明,四种晶格材料均表现出不同的变形方式,其中边-顶点立方体材料的力学性能最优。Song Jian等[13]通过拓扑优化方法,成功设计了一种以刚度最大化为目标的类墨鱼骨点阵结构。压缩试验结果表明,这一类墨鱼骨点阵结构具有高比压缩模量和良好的能量吸收效率。

泡沫填充的复合结构被广泛应用于汽车、航天、航空等领域,用于提升结构在缓冲吸能方面的性能。泡沫填充材料自身具有稳定且较长的吸能平台段,可以在一定程度上提高结构变形的稳定性。Reid等[14]通过静动态试验,分析了聚氨酯泡沫填充金属薄壁圆管的轴向力学性能,发现当填充泡沫材料后,结构的变形模式由金刚石模式转变为轴对称圆环模式,这种转变提高了结构变形的稳定性。……