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TPMS结构力学性能的实验和数值研究
International Journal of Mechanical Sciences ( IF 7.1 ) Pub Date : 2023-07-30 , DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2023.108657 Na Qiu , Yuheng Wan , Yijun Shen , Jianguang Fang
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更新日期:2023-08-01
International Journal of Mechanical Sciences ( IF 7.1 ) Pub Date : 2023-07-30 , DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2023.108657 Na Qiu , Yuheng Wan , Yijun Shen , Jianguang Fang
由于其卓越的轻质和机械性能,基于三周期最小表面(TPMS)的晶格结构已被广泛研究。本文深入研究了8种TPMS结构在大变形下的能量吸收性能,并首次对5种网格划分策略进行了综合评估。研究目标包括三部分。一、八种TPMS结构的力学性能,分别是Primitive(P)、Gyroid(G)、Diamond(D)、I-Wrapped Package(I-WP)、Fischer-Kock(FK)、Neovius(N)、I 2 -Y⁎⁎ _和 F-菱形十二面体 (F-RD) 晶格,通过实验和数值方法进行了研究。这些 TPMS 结构采用 316L 不锈钢粉末通过选择性激光熔化 (SLM) 制造,并在压缩下的应力应变曲线、变形和能量吸收方面进行了实验比较。结果表明,F-RD和D晶格结构分别在相对密度小于和大于30%时表现出最佳的能量吸收能力。其次,为了评估这些复杂结构的不同网格划分策略,对基于壳、实体和体素元素的五种有限元 (FE) 模型在建模简易性、计算效率、数据管理和模拟精度方面进行了比较。结果表明,四边形壳模型对于相对密度较低或壁薄的晶格结构显示出令人满意的结果。相比之下,体素模型对于相对密度较高或壁较厚的结构显示出最佳结果。最后,将体素模型应用于F-RD和D晶格结构。数值结果表明,F-RD中应力分布更加均匀,D晶格结构中内部自接触发生较晚,进一步证实了实验观察结果,揭示了TPMS结构的能量吸收机制。
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