金属三维点阵结构拓扑构型研究及应用现状综述

金属三维点阵结构是一种具有轻质、高比强度、高比刚度以及多功能潜力的新型结构材料,近年来受到了国内外研究领域及工程技术领域的广泛关注。概述了不同拓扑构型的金属三维点阵结构,包括体心立方结构(BCC)、面心立方结构(FCC)和其衍生而来的拓扑结构、金字塔拓扑结构、变密度结构、钢丝绕织结构及几种针对加工限制而提出的拓扑结构,介绍了金属三维点阵结构的应用现状,分析了目前拓扑构型研究及应用研究所存在的问题。并在此基础上,指出金属三维点阵结构研究的发展趋势和可能的研究方向,为金属三维点阵结构及相关研究提供了参考。

SLM制备的Ti6Al4V轻质点阵结构多目标结构优化设计研究

体心立方(Body-centered cubic,BCC)点阵结构作为目前被广泛关注的点阵材料构型,其拓扑类型简单、SLM(Selective laser melting,SLM)成型可靠性好、压缩失效形式单一,但存在着承载能力相对较差的缺点。为探寻兼具轻质与高强性能的点阵构型,首先解除BCC点阵单胞各向尺寸相同的约束,提出体心四方(Body-centered tetragonal,BCT)点阵结构一般模型。然后,以BCT单胞构型尺寸为设计变量,以点阵材料尺寸与成型工艺为约束条件,以相对密度、初始刚度、塑性破坏强度为多目标评价函数,建立BCT点阵结构构型尺寸的多目标优化数学模型,采用理想点法求解得到BCT点阵单胞综合最优构型尺寸,并与BCC参照结构进行实例仿真对比分析,论证BCT优化结构相比BCC参照结构在性能上的优势。最后,采用Ti6Al4V材料通过SLM方法制备BCT优化结构与BCC参照结构的实验样件,并进行准静态单向压缩性能实验,验证理论分析结果的正确性,为轻质点阵结构材料的设计与研究提供了理论参考。