变密度或单密度的3D打印固体格子混合结构的拓优化设计和机械性能
Hongyong Jiang1,2, Xincheng Liu1, Zhihui Liu3
1School of Mechanical Engineering and Electronic Information, China University of Geosciences, Wuhan, Hubei, China.
3D printing and additive manufacturing
|June 20, 2025
概括
拓优化的固体格子混合结构为轻量化设计提供了增强的性能. 可变密度格子在复杂的应用中显著提高了峰值力和结构效率.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 添加剂制造 添加剂制造 添加剂制造
背景情况:
- 同时实现结构轻量化和高性能是工程设计的一个关键挑战.
- 传统的固体结构往往面临减重的局限性,而不会损害机械完整性.
- 格子结构为轻量化提供了潜力,但在刚性和承载能力方面可能存在局限性.
研究的目的:
- 提出和研究拓优化的固体格子混合结构,以改善轻量化设计.
- 探索混合结构内可变密度和单密度格子配置的影响.
- 为了验证一种基于固态格子杂交的新型拓优化方法的有效性.
主要方法:
- 使用带有惩罚的固体同位素材料 (SIMP) 拓优化方法.
- 使用选择性激光烧结 (SLS) 增材制造设计和制造纯固体,纯格子和固体格子混合结构.
- 进行三点曲试验和有限元模拟,以分析机械行为和故障模式.
主要成果:
- 固体格子混合结构,特别是具有可变密度格子的结构,表现出最高的峰值力.
- 纯格子结构表现出高能量吸收能力,在最大位移时失败.
- 分布格子有效地减轻了拓优化的固体区域中的应力度,提高了结构效率.
结论:
- 固体晶格混合化是实现优越轻量化和高性能结构的有希望的方法.
- 可变密度格子集成显著提高了结构效率和峰值负载能力.
- 开发的拓优化方法为设计先进的轻量级组件提供了有价值的框架,例如汽车撞击梁.
