晶格结构可打印性、多孔材料的温控性能、孔隙形态对自润滑性能的影响...l【焦点 l 点阵多孔】

摘要：

晶格结构因其复杂多变的结构呈现出多种优异的电、磁、声学、热学和机械性能,在航空航天、汽车、建筑和生物医学行业显示出巨大的市场前景。而晶格结构的制造难度大是制约其快速发展的一大难题。增材制造技术为晶格结构的制造带来了便利。

本课题主要总结分析了晶格结构的设计、打印原材料和打印过程中参数对结构可打印性的影响。分析得出晶格结构的可打印性受晶格类型、相对密度、支柱倾斜度、粉末类型和打印参数的影响,最后提出了提升晶格可打印性的未来发展方向。

摘要：

相变储能材料(PCM)具有储热密度大、储/放热过程几乎恒温性等优点，是解决电子器件狭小空间下高热流密度问题的理想方案，但相变材料本身的导热系数较低、传热效率差等特性却限制了其应用范围。针对上述难题，以石蜡作为相变材料，通过3D打印制备多孔铝骨架，再采用水浴灌注法将石蜡灌注到多孔铝骨架中，制备出多孔铝骨架/复合相变材料(AS-PCM)。通过实验探究了95%、85%、75%3种孔隙率的温控性能。实验结果表明，添加多孔铝骨架可增强PCM的热传递，从而降低热源温度。在较大的功率下，AS-PCM对传热的改善更为明显。熔化完成前，低孔隙率AS-PCM热沉的底部温度和温度梯度更低，使用多孔铝骨架代替泡沫金属，为提高PCMs的导热性能提供了了新的多孔金属基体。

摘要：

多孔储液自润滑材料在受到外力作用时，储存在孔隙中的润滑油由于多孔骨架的变形会被挤出参与润滑，其自润滑性能与其内部微孔结构形态密切相关，为此，本课题中采用3D打印技术制备了方心圆、方角圆和球心圆等3种不同孔隙结构的多孔储液材料，研究在孔隙率为20%的情况下不同孔隙结构参数对多孔结构力学性能、储油性能、渗透性能以及自润滑性能的影响。

结果表明：在外力作用下，球形胞元结构由于应力和应变分布更均匀，更有利于润滑油的持续析出，而方形胞元结构则出现明显的应力集中现象，局部较大的孔隙形变阻碍了润滑油的析出；迂曲度越大、孔径越小的孔隙结构持油性能越强，同时其润滑油析出量比对温度变化更加敏感，但储油性能和渗透性能较差；在低载荷低频率工况下，储油性能和持油性能与多孔材料的自润滑性能呈正相关关系，随着载荷的增大，胞元结构应力集中效应逐渐成为影响自润滑性能的主要因素；随着滑动频率的增大，摩擦发热功率增大，导致温度上升，迂曲度较小的方角圆在热效应作用下能持续析出润滑油不断改善润滑状态。

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周期性多孔结构以其轻质、高强等优异的力学性能和减振、能量吸收等多功能特性引发诸多学者越来越多的关注。

该研究对近年来周期性超轻多孔结构及其填充混杂复合结构在能量吸收和振动性能方面的研究情况进行了综述。首先，概述了超轻多孔结构在减振和抗冲击性能方面优势明显的胞元及结构形式；其次，对于能量吸收方面，重点从准静态载荷、冲击载荷和应用三个角度评述了研究成果；然后，针对振动特性，介绍了振动分析、减振隔振和振动特性应用方面的研究工作；最后，展望其后续的发展方向，包括基于增材制造的多孔结构的动态力学模型研究、超轻多孔结构的疲劳及损伤容限性能研究、多孔结构在多场及多种载荷下动态力学性能研究、面向吸能和减振的多孔结构胞元设计和填充材料组集优化方法、面向工程应用的多孔结构材料功能一体化设计等。

摘要：

航空航天类产品面临愈加剧烈的振动环境，同时对结构的设计也提出了更高的轻量化需求。针对简谐基础加速度激励下的结构振动抑制问题，基于高比强度、比刚度的轻质点阵结构，提出通过优化点阵结构杆件的截面尺寸来降低结构动响应的优化方法。以点阵结构杆件的截面尺寸为设计变量，结构体积为约束，建立简谐基础加速度激励下结构关键点处位移响应最小为优化目标的优化数学模型。采用模态位移法高效求解结构动响应及灵敏度，并通过GCMMA优化算法实现优化问题求解。数值算例和振动实验表明所提出的点阵结构优化方法在保证结构轻量化的同时，能够大幅度降低结构的振动响应。

摘要：

点阵结构是一种三维规则排列的多孔结构，具有高比强度、高比刚度及优异的散热性能，是结构功能一体化设计的主要载体。由于点阵结构零件的结构复杂，传统加工方法无法直接制备。增材制造技术是一种通过分层制造方式构建三维实体零件的新型制造技术，在复杂结构制造方面具有独特优势。通过增材制造点阵结构零件可以极大地降低制件重量，提高综合力学性能，在航空航天、能源、车辆工程等领域展现出巨大的技术优势。

本课题对增材制造金属点阵结构、极小曲面结构、拓扑优化结构等复杂零件结构相关研究进行了总结与归纳，从力学性能、轻量化、能量吸收、散热吸声等应用方向进行了综述，最后总结并展望了金属增材制造点阵结构的优势与发展方向。

摘要：

超点阵结构储氢合金是近20年来储氢材料领域的研究热点。本文详细综述了常见超点阵晶体结构的演变规律，超点阵结构由Laves结构单元和CaCu5结构单元在c轴堆垛而成，该结构均可由CaCu5结构经过元素替代和平移而获得，有六方2H和菱方3R两种晶体结构类型。本课题综述了典型超点阵结构储氢合金的研究进展、超点阵结构合金关键元素占位和亚结构单元体积调控机制。合金电极电化学循环稳定性与电化学循环过程中合金结构演变和相应的表面腐蚀行为等方面有关，课题同时综述了改善超点阵结构合金储氢行为和电化学性能的途径，并对未来超点阵结构储氢合金的发展进行了展望。对超点阵结构储氢合金成分-结构-性能-服役性能的深层次理解有助于开发高性能超点阵结构合金电极材料。

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为实现振动的高效抑制以及弥补现有声学超材料承载能力的不足，本研究利用四面体点阵夹芯板的高承载特性，在此基础上通过在夹芯层构造局域振子设计了兼具隔振和承载性能的新型声学超材料。通过基于弹性波动理论和带隙相关理论对新型点阵夹芯超材料的能带结构和有限周期结构的波传播特性进行了仿真分析，探究了超材料的带隙产生机理和振动衰减性能。

研究结果表明：经过特殊设计的声学超材料能够实现全波带隙，在带隙范围内，波传播方向上的结构周期数越大，带隙频段内的弹性波衰减能力越强，弹性波会受到明显抑制，同时，阻尼具有削弱加速度响应峰值的作用，并且，其并不影响波衰减的频段，分析结果可为新型超轻多孔夹芯结构的减振降噪研究提供新思路，并推动其在板壳结构振动抑制领域的应用，实现车辆振动噪声控制技术的进步。

摘要：

点阵材料由于其优异的力学性能、轻质化以及较强的能量吸收性能，在提升汽车碰撞安全性能等方面具有显著的效果。文章采用试验与仿真的方法对BCC点阵材料在压缩及弯曲工况下力学特性进行深入研究，揭示了其变形机制及能量吸收特性；随后将其应用于客车纵梁与立柱中，揭示了BCC点阵填充薄壁结构在提升整车碰撞安全性能中的优势。

摘要：

针对复杂点阵结构在使用中缓冲减震能力的可靠性问题，提出了一种基于Brown-Miller模型的点阵结构疲劳寿命预测方法。

首先设计了三种单胞构型，并分别对其周期性扩展以形成点阵结构；采用应变水平下的成组法获取了基材疲劳寿命数据，进而通过数值模拟预测点阵结构疲劳寿命，并深入分析了单胞构型和相对密度对点阵结构幂律参数的影响；利用DLP工艺实现了柔性点阵结构的精确制备，结合疲劳实验验证了数值模拟结果的可靠性，进一步提出了预测点阵结构疲劳寿命的幂律模型。

结果表明，数值模拟与试验获取的S-N曲线高度符合幂律关系，幂律系数受单胞构型与相对密度共同作用，但幂律指数不受相对密度的影响，依赖于单胞构型。