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左為增材制造陶瓷點(diǎn)陣結構力學(xué)性能數學(xué)模型，中為預測效果，右為仿真結果
近日，中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所科研團隊針對陶瓷點(diǎn)陣結構增材制造的拓撲優(yōu)化和輕量化設計等問(wèn)題，提出了力學(xué)性能預測的數學(xué)拓撲優(yōu)化模型。該研究成果于近期在線(xiàn)發(fā)表于國際力學(xué)領(lǐng)域期刊INTERNATIONALJOURNALOFMECHANICALSCIENCES (中國科學(xué)院1區TOP期刊，IF：7.3)。
陶瓷點(diǎn)陣結構具有強度高、剛度大和質(zhì)量輕的特點(diǎn)，因此它在輕量化工程中被廣泛使用。而優(yōu)化節點(diǎn)連接的支柱結構和幾何配置，可以讓陶瓷點(diǎn)陣結構在實(shí)現減少自重的情況下承受更大的載荷。然而，此前研究多是通過(guò)實(shí)驗和仿真模擬來(lái)研究陶瓷點(diǎn)陣結構的力學(xué)性能和破壞行為，在脆性微點(diǎn)陣結構的力學(xué)理論方面研究還需進(jìn)一步探索。
針對這一問(wèn)題，科研團隊基于修正的Gibson和Ashby定律以及Timoshenko梁理論，建立了可以預測陶瓷點(diǎn)陣結構的壓縮強度和楊氏模量的數學(xué)模型?？蒲袌F隊用立體光刻增材制造技術(shù)制備了不同縱橫比和幾何相對密度的拉伸主導(簡(jiǎn)單立方)和彎曲主導(體心立方)陶瓷微點(diǎn)陣結構，利用壓縮強度實(shí)驗測試和仿真數據驗證了所提出新型模型的準確性。結果顯示模型的準確度可以達到90-97%，表明該模型可以根據支柱的縱橫比和幾何相對密度，進(jìn)行陶瓷點(diǎn)陣結構的力學(xué)性能優(yōu)化設計。此外，對微點(diǎn)陣壓縮行為進(jìn)行了有限元分析，闡明了微點(diǎn)陣結構的抗壓縮破壞過(guò)程。該研究為陶瓷點(diǎn)陣力學(xué)性能及預測提供了理論支持，為陶瓷增材制造工藝優(yōu)化提供了一種方式。
該研究成果得到了國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )等項目的支持。（工藝裝備與智能機器人研究室）
來(lái)源：中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號