轻质高强点阵材料及其力学性能研究进展

点阵材料是一种新型轻质高强材料,同时具备形状控制、致动、能量吸收和传热等多种功能．文章综述了点阵材料的拉伸主导型设计原则、点阵构型和制备工艺．拉伸主导型点阵材料的比强度和比刚度明显强于一般胞元材料,在低密度时质量效率更加突出．根据材料的基本构型特征主要介绍了三维八角点阵以及夹层点阵材料,比较分析了熔模铸造法和冲压折叠成型工艺的特点．总结了研究点阵材料力学性能的理论方法和试验研究成果,研究表明缺陷对点阵材料力学性能的影响明显小于一般胞元材料．对点阵材料在形状控制与致动、传热和数值计算方面的应用研究成果进行了介绍．文中归纳了作者近期在炭纤维点阵复合材料方面的工作,给出了制备炭纤维隐身点阵格栅的探索性工作．主要包括炭纤维点阵复合材料的三维编织工艺和二维点阵格栅的嵌锁工艺以及隐身点阵格栅反射率试验测试结果．

胞元材料拓扑构型与力学性能的相关性

为了进一步探索胞元材料力学性能与材料拓扑构型的相关性,分析了不同二维和三维胞元材料的拓扑构型特征以及材料的模量与强度,得到了拉伸主导型和弯曲主导型胞元材料的力学性能与材料相对密度之间的关系,并对各种构型的力学性能进行了对比分析。在Deshpande拓扑规则的基础上,由等效连续介质刚度矩阵的非奇异性特征得到了拉伸主导型胞元材料的基本拓扑构型特征。研究表明:平面条件下拉伸主导型胞元材料必须具有3组或3组以上不同方向的连续杆件,而空间状态下拉伸主导型胞元材料必须具有6组或6组以上不同方向的连续杆件。