金属点阵材料的研究进展

金属点阵材料是一种具有高孔隙率以及周期性结构的先进轻质多功能材料。重点评述了金属点阵材料的分类、金属三维点阵材料的主要制备方法以及点阵结构制备过程中的连接技术,并归纳了目前对其力学性能表征的一些成果,最后从结构与功能两方面介绍了金属点阵材料特有的优良性能以及应用,并展望了其未来的研究趋势。

金属点阵材料剪切实验技术研究

从已有胶黏剂、夹芯材料的剪切试验标准出发,制备金属点阵夹芯材料试样,开展金属点阵材料多种剪切实验方法的探索,同时采用有限元方法模拟各种剪切实验方案中材料的应力分布与变形特征。通过与理想剪切状态的分析对比,提出了一种适合金属点阵材料剪切实验的方法。该实验方案可将剪切力均匀作用在材料内部待剪切面内,消除附加弯矩影响,实现预先设计的剪切过程,获得准确可靠的金属点阵材料剪切性能数据。

金属点阵材料结构参数的CT检测

针对金属点阵材料的结构参数开展了检测方法研究。高能束激光选区熔化点阵结构的连接杆经工业CT(电子计算机断层扫描)检测后得到的影像呈椭圆状,针对这一影像特征,依据椭圆上任意两点之间的最大几何距离为长轴这一概念,实现了单个椭圆位置参数、形状参数的自动识别,以及金属点阵结构几何参数的自动化检测。检测结果基本符合设计值,为其他零件结构缺陷的数字射线成像及工业CT检测影像的自动识别提供了参考。

金属点阵材料的制备与性能应用研究进展

金属点阵材料是一种具有有序孔结构的多孔材料,与传统的金属泡沫和金属蜂窝材料相比,具有更高的比强度、比刚度和单位质量吸能性,尤其是当相对密度较低时,金属点阵材料具有尤为突出的质量效率和性能优势,是目前国际上公认的最有前景的超强韧轻质结构材料之一。通过传统工艺制备点阵材料时,存在过程复杂、后处理烦琐、易产生缺陷等问题。增材制造技术的出现极大地推动了金属点阵材料的发展,简化制备工艺的同时提高了点阵材料结构的设计性,为制造复杂结构的点阵材料提供了理想的平台。文章归纳了金属点阵材料的制备方法,总结了金属点阵材料的性能及应用,并讨论了其局限性和未来的发展趋势。

增材制造金属点阵多孔材料研究进展

金属点阵多孔材料是一种具有复杂周期性结构的先进轻质多功能材料,由于其优异的比强度、吸声、降噪以及超材料等特性,近年来备受关注。而传统的制备工艺仅可以制造类点阵结构,难以生产复杂、精细的点阵结构,成为金属点阵多孔材料进一步应用的掣肘。近年来快速发展的增材制造(Additive manufacturing,AM)技术具有设计与制造自由度大、快速制造任意复杂几何形状零件的特点,可对金属点阵多孔材料进行微观、界观和宏观尺度晶格的多种组合进行调控,是金属点阵多孔材料制备技术的前沿。然而,增材制造金属点阵多孔材料存在残余应力大、表面粗糙度高以及局部应力集中等问题,导致其压缩脆性以及疲劳强度较低。因此,除了研究增材制造工艺参数对点阵结构性能的影响外,研究者们主要从拓扑优化以及后处理方面不断进行尝试,并获得了丰硕的成果。结合拓扑优化设计,可使得应力分布更均匀,更好地服役于不同的加载环境;梯度点阵结构的压缩强度以及能量吸收是均匀点阵结构的两倍以上;通过热处理以及化学蚀刻可以降低点阵结构的残余应力和表面粗糙度,大幅提高其点阵结构的疲劳强度。通过控制单胞结构的分级孔隙度分布、合适的后处理,有望同时实现高孔隙率、高疲劳强度和高能量吸收。本文首先陈述了增材制造金属点阵多孔材料的优势和成形准则,随后介绍了单胞形状、单胞尺寸、支柱直径、体积孔隙率等因素对点阵结构尺寸精度和表面粗糙度的影响,并归纳了这些因素对点阵结构的屈服强度、能量吸收率和疲劳强度等性能的影响。此外,总结了点阵结构的拓扑优化和后处理对其性能的影响,最后介绍了增材制造金属点阵结构存在的掣肘,并展望了其未来的研究趋势。

超轻金属点阵三明治板结构抗侵彻性能分析

利用有限元模拟软件(LS-DYNA),基于超轻金属点阵材料的可设计性,选取空心金字塔点阵三明治板,在四边固支受钢性弹丸垂直中心侵彻条件下研究其抗侵彻性能。三明治板中金字塔结构排列为5×5形式,靶板长为14.5 cm、宽为10.5 cm.通过分析期望从中得出各子结构在三明治板抗侵彻过程中的吸能表现,分析三明治板的总体抗弹性能及各子结构对抗弹性能的影响。弹丸作用于板的入射速度及出射速度也是我们关注的重要参数,用以量化确定三明治结构对于入射弹丸的弹道极限速度及抗侵彻能力。研究发现由于金字塔结构的特殊性,可对弹丸实现偏航,从而使得三明治板的抗侵彻性能得以显著提高。