沈阳自动化所在增材制造陶瓷点阵结构力学性能预测方面取得进展
- 2024/4/25 9:58:17 12006
- 来源：沈阳自动化研究所
【仪表网 研发快讯】近日，中国科学院沈阳自动化研究所科研团队针对陶瓷点阵结构增材制造的拓扑优化和轻量化设计等问题，提出了力学性能预测的数学拓扑优化模型。该研究成果于近期在线发表于国际力学领域期刊INTERNATIONALJOURNALOFMECHANICALSCIENCES (中国科学院1区TOP期刊，IF：7.3)。
左为增材制造陶瓷点阵结构力学性能数学模型，中为预测效果，右为仿真结果
陶瓷点阵结构具有强度高、刚度大和质量轻的特点，因此它在轻量化工程中被广泛使用。而优化节点连接的支柱结构和几何配置，可以让陶瓷点阵结构在实现减少自重的情况下承受更大的载荷。然而，此前研究多是通过实验和仿真模拟来研究陶瓷点阵结构的力学性能和破坏行为，在脆性微点阵结构的力学理论方面研究还需进一步探索。
针对这一问题，科研团队基于修正的Gibson和Ashby定律以及Timoshenko梁理论，建立了可以预测陶瓷点阵结构的压缩强度和杨氏模量的数学模型。科研团队用立体光刻增材制造技术制备了不同纵横比和几何相对密度的拉伸主导(简单立方)和弯曲主导(体心立方)陶瓷微点阵结构，利用压缩强度实验测试和仿真数据验证了所提出新型模型的准确性。结果显示模型的准确度可以达到90-97%，表明该模型可以根据支柱的纵横比和几何相对密度，进行陶瓷点阵结构的力学性能优化设计。此外，对微点阵压缩行为进行了有限元分析，阐明了微点阵结构的抗压缩破坏过程。该研究为陶瓷点阵力学性能及预测提供了理论支持，为陶瓷增材制造工艺优化提供了一种方式。
该研究成果得到了国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会等项目的支持。(工艺装备与智能机器人研究室)
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