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3D打印材料成型成蜂窝结构或类蜂窝结构分析

更新时间: 2021-07-30 16:45:26  查看次数: 49    
当材料成型成蜂窝结构或者类蜂窝结构以后,其模量、强度绝对值相比于材料本身,必然是会下降的。
但传统蜂窝结构的优势是在于:
一、多孔结构意味着轻质;
二、考虑其作为一个整体的密度,蜂窝结构具有较高的比模量及比强度;
三、通过结构几何参数调整可以实现力学性能的调控。以及还有吸能、透气、散热等其他方面的优点。

以及基于正三角形蜂窝,将胞壁设计为曲线会获得完全不同的面内拉伸曲线。正三角形结构稳定,因而正三角形蜂窝的面内拉伸响应较为刚性,整体模量、强度较高;当把正三角蜂窝的每一条直边胞壁设计为曲边之后,拉伸过程中就会多曲边胞壁被拉直这样一个结构变形,TPU材料本身模量较低,这部分变形所对应的应力增长较为平缓。当这部分变形结束后,其拉伸转变为对胞壁TPU材料本身的拉伸。我们在实验中尝试了将直边设计成一个周期的正弦曲线以及两段圆弧首尾上下相接(Horseshoe结构)的曲边,其拉伸曲线就会发生如图中所示向J型曲线的转变。其中Horseshoe结构可以通过简单的结构几何参数调整,实现对于J型曲线的斜率,以及斜率产生变化的拉伸应变位置的调控。

Horseshoe设计二维形状拉伸过程不同阶段的分析。第一阶段主要发生曲边变直,以及围绕结点的扭转,这部分以结构变形为主,拉伸过程中应力几乎没有增长;第二阶段,部分胞壁被完全拉直,胞壁材料承受主要的拉伸载荷,应力迅速上升;第三阶段,所有胞壁均被拉直承力,结构迅速收缩,模量进步上升,应力急剧升高直至结构破坏。值得一提的是,这其中前两个阶段的拉伸呈现出负泊松比,即垂直于拉伸方向上结构有膨胀的效果。


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