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企业新闻

机械性能的奥秘与轻量化应用前景

更新时间: 2024-12-13 16:54:16  查看次数: 75    
TPMS 原本光滑的表面在复制的时候不那么完美,这可能会对最终的机械性能产生一些影响哦。以后做研究的时候,如果要设计 3D 模型,得仔细考虑因为光散射导致的过度生长这个问题。所有做出来的 TPMS 结构,它们的吸收能会随着相对密度的改变而变化。和轻质金属结构不一样,轻质金属结构变形大还会致密化,但是轻质陶瓷结构还是很脆的,它的应变比金属轻金属结构要低好多,至少低一个数量级呢。不过就算这样,IWP 和 s14 这两种结构的吸收能还是能达到大于 10 的 6 次方焦耳每立方米,这个数值在金属 TPMS 结构里算是比较低的范围了。和抗压强度的情况类似,IWP 和 s14 在吸收能量方面也比 p - cell 和 gyroid 要好。但是,如果考虑到差不多的密度范围,所有的 TPMS 结构在能量吸收方面都要比经典的桁架结构强。所以可以合理地说,TPMS 通常在机械性能上比经典的晶格结构(比如八角形桁架)要好。在这一点上,陶瓷材料和金属超材料得到的结果是一样的。需要注意的是,随着相对密度增加,这四种不同的 TPMS 结构,它们吸收能增加的快慢是很不一样的。
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S14 和 IWP 结构表现出能量吸收对结构密度的变化更敏感,也就是说,在实现轻量化设计目标上,它们的效率更高。如果在选择的时候,把特定强度和机械载荷当作设计的首要考虑因素,对密度没有特别严格的限制,那么 IWP 和 s14 结构就有优势。但是,如果在实际应用中要求密度非常低(特别是小于 10%),那可不能忽视 gyroid 结构的能力。
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轻量化一直是工程材料追求的目标,为了达到这个目标,大家做了不少研究。那些特殊的材料因为又轻,又能有效吸收压缩能,还能有效传热,所以在汽车和航空领域用得很广泛。拓扑优化,也就是做蜂窝材料,是实现轻量化的一个好办法。已经发现,和蜂窝状结构比起来,蜂窝状结构总是有更理想的特定性能(就是每单位质量或者体积的性能)。在之前的工作里,已经对 TPMS 结构有了一些初步的了解,在这部分内容里,要改变结构的参数,像壁厚、堆叠方式这些,看看对机械性能有啥影响。这次工作选了 pcell、iwp、neovius、diamond 这四种模型,还对它们的线性和非线性机械响应做了实验研究。用 TPMS 结构来做蜂窝材料有个好处,就是能克服基于桁架或者基于支撑的结构常见的缺点,因为 TPMS 里没有接头和支撑。和有接头、节点的桁架结构相比,TPMS 那些光滑的连接处能让载荷平稳地传递,这样应力就能分散得更好。