激光熔融八边形双棱锥与Kelvin混合点阵结构的力学性能及变形机理

摘要

点阵结构因其优异的力学性能，在航天器轻量化结构和缓冲吸能装置上展现出广阔的应用前景。本工作提出基于八边形双棱锥结构和Kelvin结构的混合结构1，并通过拉伸处理得到长宽高比为2∶2∶3的混合结构2，采用选区激光熔融制备对应的点阵结构。通过实验和仿真系统地研究混合结构的力学性能、吸能特性及变形机理。结果表明：混合结构的力学性能和吸能性能均得到显著增强；当相对密度相同时，混合结构1的吸能效率提升15.7%，混合结构2的比强度和比吸能分别提升93%和92%。在变形机制方面，混合结构1均匀坍塌，呈现出以弯曲为主导的变形机制；混合结构2则是全程自下而上逐层坍塌。为了进一步改善混合结构变形机制和提高力学性能，对混合结构的几何参数进行优化，发现改变内外杆件直径比例λ可以实现对混合结构的调整优化。λ=0.75时，混合结构1的综合性能最优，其比强度和比吸能分别提高21%和10%。

关键词

选区激光熔融 / 混合点阵 / 力学性能 / 能量吸收 / 几何参数优化