國(guó)際固體與結(jié)構(gòu)

1、國(guó)際固體與結(jié)構(gòu)由正八桁架材料柱的多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Mostafa S.A. ElsayedDamiano Pasini摘要：本文主要對(duì)常規(guī)八桁架細(xì)胞拓?fù)涓竦牟牧衔⒂^結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和多尺度設(shè)計(jì)的軸向載荷的構(gòu)件這類(lèi)細(xì)胞固體制造。理由是這取決于一個(gè)拉伸主導(dǎo)型點(diǎn)陣材料的失效模式的巧合，經(jīng)歷了兩種微觀失效模式，即，彈性屈曲和塑性屈服。一個(gè)點(diǎn)陣材料失敗的彈性屈曲的細(xì)胞沒(méi)有達(dá)到塑性屈服遠(yuǎn)非最佳。為了避免這種情況，提高材料的強(qiáng)度，我們首先根據(jù)細(xì)胞元素的結(jié)構(gòu)效率。我們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)塑造單元截面，晶格材料屈曲阻力可以增加直到它等于單元的屈服強(qiáng)度，從而充分利用點(diǎn)陣材料的強(qiáng)度。這兩種失效模式的巧合是用來(lái)開(kāi)發(fā)的八位組桁架材料微

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇圖表的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。在本文的第二部分中，我們檢查的常規(guī)八桁架材料制造的構(gòu)造柱的設(shè)計(jì)。我們表明，在結(jié)構(gòu)和材料水平最大化結(jié)構(gòu)的失效性，全球屈曲和屈服失效的列必須與晶格材料微觀失效模式同時(shí)發(fā)生，即局部屈曲和微觀細(xì)胞的產(chǎn)生。文章最后說(shuō)明微桁架幾何和柱截面可同時(shí)設(shè)計(jì)充分利用了材料的強(qiáng)度和整體結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：點(diǎn)陣材料；拉伸為主；八位組桁架；多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1. 景區(qū)簡(jiǎn)介點(diǎn)陣材料微結(jié)構(gòu)材料的砌塊材料的細(xì)胞。它一般分為拉伸主導(dǎo)型點(diǎn)陣材料（SDLM）和彎曲為主的晶格材料（bdlm）（A，2005）。包含的微觀結(jié)構(gòu)分析表明，其剛度和強(qiáng)度的規(guī)模與密度比的蜂窩材料的固體材料，查看MathML源¯L，而b

3、dlm的剛度和強(qiáng)度都有分別的，看¯L2和L3 MathML源¯/ 2（德什潘德等人，。2001、Deshpande和斑點(diǎn)，2001）。不同尺度法對(duì)材料的強(qiáng)度和剛度的強(qiáng)烈影響。例如，在查看MathML源¯= 0.01，包含的是堅(jiān)硬100倍和10倍的bdlm更強(qiáng)。一個(gè)包含細(xì)胞元素基本上是裝在軸向拉伸或壓縮。對(duì)包含理想化的表示是一個(gè)銷(xiāo)連接允許旋轉(zhuǎn)的微觀結(jié)構(gòu)。然而，在實(shí)踐中這些節(jié)點(diǎn)采用剛性。因此，二次彎曲應(yīng)力發(fā)展的細(xì)胞成分，但在一定的水平相比幾乎可以忽略不計(jì)，軸向應(yīng)力的產(chǎn)生，最終治理包含故障。這些失效模式包括拉伸塑性和彈性屈曲和塑性壓縮。包含的研究表明，低密度點(diǎn)陣材料的彈

4、性屈曲總是失敗，即使宏觀負(fù)載張力（Deshpande等人。，2001）。一個(gè)點(diǎn)陣材料的彈性屈曲不遠(yuǎn)的最佳，因?yàn)樵刈兊貌环€(wěn)定，沒(méi)有履行其產(chǎn)量潛力抵抗，在元件未在彈性區(qū)比誘導(dǎo)塑性載荷下加載。改善這一行為，研究人員發(fā)現(xiàn)，相對(duì)密度的臨界值不同的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，細(xì)胞成分的屈曲失效是可以避免的（風(fēng)扇等人。，2008）。這種強(qiáng)度的提高是在晶格材料密度為代價(jià)，因此必須增加，為單元的長(zhǎng)細(xì)比降低，通過(guò)降低其長(zhǎng)度或通過(guò)擴(kuò)大其回轉(zhuǎn)半徑。然而，被認(rèn)為是沒(méi)有注意塑造截面的潛力。到目前為止，對(duì)點(diǎn)陣材料的研究都認(rèn)為，圓形實(shí)心橫截面顯微細(xì)胞元素。很少有研究調(diào)查實(shí)驗(yàn)，圓柱形中空截面晶格材料的行為（沃德利，2002）。由于在微制造技術(shù)

5、的新發(fā)展，即快速成型和快速制造（Kruth等人。，2005，羅切斯等人。，2007和沃特曼和狄更斯，1994），形成微觀結(jié)構(gòu)要素更有效的幾何形狀變得可行。對(duì)制造工藝的進(jìn)步鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)成型和尺寸的電池元件的橫截面增加晶格材料的強(qiáng)度潛力。2規(guī)則八的桁架單元的描述這項(xiàng)工作的重點(diǎn)與普通八桁架單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)晶格材料。圖1顯示的點(diǎn)陣材料單元的微觀拓?fù)溲芯?。單元可以被看作是一個(gè)核心，正八面體周?chē)邪藗€(gè)正四面體分布在它的八個(gè)面。該電池具有面心立方（FCC）與各向同性行為立方對(duì)稱(chēng)性產(chǎn)生材料晶格結(jié)構(gòu)（蘭頓，2002）；其節(jié)點(diǎn)同樣位于12細(xì)胞連接在每個(gè)節(jié)點(diǎn)。該引腳確定性分析節(jié)理這種微觀拓?fù)浒姹撅@示該單元的靜態(tài)和動(dòng)定。然而

6、，當(dāng)單元細(xì)化產(chǎn)生周期的材料，所形成的微觀結(jié)構(gòu)變得高度冗余和超靜定，所有的拉伸為主的細(xì)胞結(jié)構(gòu)的一個(gè)共同特點(diǎn)（客人和哈欽森，2003）。在文獻(xiàn)中，對(duì)八位組桁架材料考慮各單元的幾何沿其長(zhǎng)度均勻圓形固體截面的作品。它已被證明是一個(gè)點(diǎn)陣材料，充分利用電池元件的屈服強(qiáng)度可以在其相對(duì)密度的費(fèi)用設(shè)計(jì)（Fan等人。，2008）。因此，晶格材料密度必須提高到臨界值，在該電池單元的扣。在這項(xiàng)工作中，我們繞過(guò)這個(gè)策略。而不是增加材料的密度，我們選擇通過(guò)塑造其截面成更高效的幾何加強(qiáng)各單元的屈曲性能。3. 幾何變量模型的常規(guī)八桁架材料的有效性能，我們定義了一系列的模型參數(shù)。圖2顯示了一個(gè)宏觀的機(jī)械構(gòu)件，分層參數(shù)化和格的材

7、料制造的幾何細(xì)節(jié)。微觀上，三個(gè)參數(shù)S，D和D0為任意形狀和大小，其中的細(xì)胞單元截面定義，D和D0，分別，形狀，信封，和一個(gè)參考方信封。模型的截面，效率的無(wú)量綱參數(shù)，命名為形變壓器，可以定義分類(lèi)的形狀為家庭和類(lèi)以及描述它們的幾何特征（皮，2007）。例如，變壓器的形狀和面積的橫截面面積的二次矩定義為：在和我，分別，面積和面積形狀變壓器二矩；一個(gè)和我，分別，面積和一個(gè)任意截面和AD、ID區(qū)二矩是面積和橫截面包絡(luò)面積的二次矩，分別。形變壓器可以用來(lái)定義為給定的負(fù)載要求選擇形狀截面的效率。例如，截面幾何效率，控制彎曲剛度和彈性屈曲可以定義為：另一方面，縮放的截面尺寸的影響是由兩個(gè)無(wú)量綱的乘法器，U和V

8、，其中U和V分別尺度，寬度B0和參考包絡(luò)平方，高度H0，以橫截面的尺寸要求。作為一個(gè)結(jié)果，u和v可以表示為：其中B和H，分別，寬度和高度的截面包絡(luò)。使用均衡器。（1A），（1b），（3a）和（3b），的面積和截面面積的二次矩可表示為：其中A0和I0分別是，和面積的參考平方面積的二次矩。對(duì)于橫截面的形狀，如圖2所示，該型變壓器的面積的二次矩，面積，我和，可以表示為：其中C = A / B和D = H / h和0C1和0D1。利用式（5a）和（5b），截面效率表示為：改變C和D在區(qū)間 0，1 我在值結(jié)果和在 1 0范圍內(nèi)，而范圍1,3。類(lèi)似的配方，可以針對(duì)不同的形狀類(lèi)的表達(dá)，例如橢圓鉆石（皮皮，2

9、007，等。，2003和帕西尼等人。，2006）。限制曲線(xiàn)表明我的變化和與兩參數(shù)C和D的變化在圖3中繪制三個(gè)截面形狀的研究中考慮。在圖3中，彎管效率進(jìn)行評(píng)估的彎曲和截面屈曲阻力可通過(guò)計(jì)算線(xiàn)路從圖的原點(diǎn)代表每個(gè)橫截面的形狀的點(diǎn)延伸形成的角的正切的評(píng)價(jià)。對(duì)點(diǎn)陣材料的微觀單元的屈曲阻力是由回轉(zhuǎn)半徑，RG，元件的橫截面，除了它的長(zhǎng)度?；剞D(zhuǎn)半徑是由表達(dá)與面積的二次矩表示式（7）中形狀的變壓器，替代我們的情商。（4A），（4B），（5a）和（5b）代入式（7）和式（2）得到以下表達(dá)式（帕西尼等人。，2003）：在rg0是的參考截面回轉(zhuǎn)半徑。除了橫截面的幾何建模，我們引入另一個(gè)參數(shù)，S，其相對(duì)于基準(zhǔn)分光元件

10、的長(zhǎng)度L0的單元長(zhǎng)度L模型。類(lèi)似于u和v，這個(gè)比例乘數(shù)是表示為：表達(dá)式（1A），（1b），（2），（3a），（3b），（4A），（4B），（5A），（5B），（6），（7），（8）和（9）在這項(xiàng)工作中使用的微型模型幾何特性和結(jié)構(gòu)的宏觀尺度。區(qū)分尺度參數(shù)，我們使用整個(gè)論文的下標(biāo)“E”的微觀參數(shù)與宏觀的“G”4. 的八位組桁架材料的有效性能建模在這一部分中，對(duì)規(guī)則的八桁架材料的有效性能制定一個(gè)的單元截面形狀屬性功能。相對(duì)于主軸雙軸對(duì)稱(chēng)截面的研究。性能考慮，包括材料的密度，彈性和強(qiáng)度性能和塌料的表面。相比之下，我們?cè)谶@里報(bào)告文獻(xiàn)中也發(fā)現(xiàn)經(jīng)常八位組桁架材料配方（Deshpande等人。，2001），其

11、中的點(diǎn)陣材料的細(xì)胞元幾何假設(shè)為圓形實(shí)心截面均勻。以前的模型屬性確定在后綴“A”；而后綴“B”是用于我們的模型，這是由3節(jié)中提出的參數(shù)。它是假定在制造業(yè)中使用的點(diǎn)陣材料的固體材料的彈塑性和具有一個(gè)與0 = 1 / 3的泊松比的各向同性行為。 參考文獻(xiàn)：比，2005-阿什比機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料選擇（第三版）出版社/巴特沃斯Heinemann，阿姆斯特丹/倫敦（2005）啤酒和莊士敦，1981軟包裝的啤酒，急診室莊士敦材料力學(xué)麥格勞山國(guó)際圖書(shū)公司，紐約（1981）德什潘德等人，2001。V.S. Deshpande，et al.。一個(gè)八位組桁架材料有效性能固體的力學(xué)和物理學(xué)報(bào)，49（2001），頁(yè)174

12、71769第|PDF（366 K）在Scopus視圖記錄引用文章（315）Deshpande和斑點(diǎn)，2001與德，無(wú)斑點(diǎn)在三點(diǎn)彎曲夾芯梁坍塌國(guó)際固體與結(jié)構(gòu)雜志，38（2001），頁(yè)62756305第PDF（491 K）在Scopus視圖記錄引用文章（259）Fan et al，2008。H.L.風(fēng)扇，等。屈服面和塊點(diǎn)陣材料的微觀破壞機(jī)理材料和設(shè)計(jì)雜志，29（2008），頁(yè)20382043客人和哈欽森，2003該客人，J.W.哈欽森在重復(fù)的結(jié)構(gòu)確定固體的力學(xué)和物理學(xué)報(bào)，51（2003），頁(yè)383391PDF（116 K）在Scopus視圖記錄引用文章（58）Kruth等人，2005。Kruth，

13、JP等人，2005。標(biāo)桿不同SLS / SLM流程快速制造技術(shù)。在國(guó)際會(huì)議的聚合物模具創(chuàng)新（PMI）根特，比利時(shí)，四月二十日23，pp. 17。帕西尼等人，2003。D.皮，等。受彎梁的結(jié)構(gòu)效率圖雜志的材料，設(shè)計(jì)與應(yīng)用，217（2003），頁(yè)207220在Scopus視圖記錄全文通過(guò)CrossRef引用文章（11）帕西尼等人，2006。D.皮，等。一種選擇與軸心受壓構(gòu)件宏觀結(jié)構(gòu)的方法國(guó)際力學(xué)與材料設(shè)計(jì)，3（2）（2006），頁(yè)185199在Scopus視圖記錄引用文章（4）皮，2007D.皮形變壓器的材料和形狀的選擇輕梁材料和設(shè)計(jì)雜志，28（7）（2007），頁(yè)20712079PDF（513 K）在Scopus視圖記錄引用文章（13）蘭頓，2002J.D.蘭頓彈性梁和框架（第二版）霍伍德出版有限公司，奇切斯特（2002）羅切斯等人，2007。P.羅切斯，et al.。快速成型和快速制造新的應(yīng)用（RP / RM）空間測(cè)量技術(shù)宇航學(xué)報(bào)，61（2007），頁(yè)352359PDF（692 K）在Scopus視圖記錄引用文章（35）沃德利，2002海登區(qū)沃德利多孔金屬制造先進(jìn)的工程材料，10（2002），頁(yè)726733在Scopus視圖記錄全文通過(guò)CrossRef引用文章（125）沃特曼和狄更斯，1994諾爾曼·沃特曼，菲利普狄更斯在美國(guó)，歐洲