國際固體與結(jié)構(gòu)

1、國際固體與結(jié)構(gòu)由正八桁架材料柱的多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計Mostafa S.A. ElsayedDamiano Pasini摘要：本文主要對常規(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)計和多尺度設(shè)計的軸向載荷的構(gòu)件這類細(xì)胞固體制造。理由是這取決于一個拉伸主導(dǎo)型點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。一個點陣材料失敗的彈性屈曲的細(xì)胞沒有達(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度，從而充分利用點陣材料的強度。這兩種失效模式的巧合是用來開發(fā)的八位組桁架材料微

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇圖表的結(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。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發(fā)生，即局部屈曲和微觀細(xì)胞的產(chǎn)生。文章最后說明微桁架幾何和柱截面可同時設(shè)計充分利用了材料的強度和整體結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：點陣材料；拉伸為主；八位組桁架；多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計1. 景區(qū)簡介點陣材料微結(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的剛度和強度都有分別的，看¯L2和L3 MathML源¯/ 2（德什潘德等人，。2001、Deshpande和斑點，2001）。不同尺度法對材料的強度和剛度的強烈影響。例如，在查看MathML源¯= 0.01，包含的是堅硬100倍和10倍的bdlm更強。一個包含細(xì)胞元素基本上是裝在軸向拉伸或壓縮。對包含理想化的表示是一個銷連接允許旋轉(zhuǎn)的微觀結(jié)構(gòu)。然而，在實踐中這些節(jié)點采用剛性。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，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）。一個點陣材料的彈性屈曲不遠(yuǎn)的最佳，因為元素變得不穩(wěn)定，沒有履行其產(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）。這種強度的提高是在晶格材料密度為代價，因此必須增加，為單元的長細(xì)比降低，通過降低其長度或通過擴(kuò)大其回轉(zhuǎn)半徑。然而，被認(rèn)為是沒有注意塑造截面的潛力。到目前為止，對點陣材料的研究都認(rèn)為，圓形實心橫截面顯微細(xì)胞元素。很少有研究調(diào)查實驗，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。對制造工藝的進(jìn)步鼓勵開發(fā)成型和尺寸的電池元件的橫截面增加晶格材料的強度潛力。2規(guī)則八的桁架單元的描述這項工作的重點與普通八桁架單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)晶格材料。圖1顯示的點陣材料單元的微觀拓?fù)溲芯俊卧梢员豢醋魇且粋€核心，正八面體周圍有八個正四面體分布在它的八個面。該電池具有面心立方（FCC）與各向同性行為立方對稱性產(chǎn)生材料晶格結(jié)構(gòu)（蘭頓，2002）；其節(jié)點同樣位于12細(xì)胞連接在每個節(jié)點。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)的一個共同特點（客人和哈欽森，2003）。在文獻(xiàn)中，對八位組桁架材料考慮各單元的幾何沿其長度均勻圓形固體截面的作品。它已被證明是一個點陣材料，充分利用電池元件的屈服強度可以在其相對密度的費用設(shè)計（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。在這項工作中，我們繞過這個策略。而不是增加材料的密度，我們選擇通過塑造其截面成更高效的幾何加強各單元的屈曲性能。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，和一個參考方信封。模型的截面，效率的無量綱參數(shù)，命名為形變壓器，可以定義分類的形狀為家庭和類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；一個和我，分別，面積和一個任意截面和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無量綱的乘法器，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。類似的配方，可以針對不同的形狀類的表達(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中繪制三個截面形狀的研究中考慮。在圖3中，彎管效率進(jìn)行評估的彎曲和截面屈曲阻力可通過計算線路從圖的原點代表每個橫截面的形狀的點延伸形成的角的正切的評價。對點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，我們引入另一個參數(shù)，S，其相對于基準(zhǔn)分光元件

10、的長度L0的單元長度L模型。類似于u和v，這個比例乘數(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，對規(guī)則的八桁架材料的有效性能制定一個的單元截面形狀屬性功能。相對于主軸雙軸對稱截面的研究。性能考慮，包括材料的密度，彈性和強度性能和塌料的表面。相比之下，我們在這里報告文獻(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、中的點陣材料的細(xì)胞元幾何假設(shè)為圓形實心截面均勻。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)中使用的點陣材料的固體材料的彈塑性和具有一個與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)麥格勞山國際圖書公司，紐約（1981）德什潘德等人，2001。V.S. Deshpande，et al.。一個八位組桁架材料有效性能固體的力學(xué)和物理學(xué)報，49（2001），頁174

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