基于空间反射镜的点阵结构非均匀尺寸优化设计

针对空间反射镜的高轻量化率的工作条件和工作需求,将点阵结构引入到反射镜结构设计,并基于移动阈值切面法(MIST)优化设计了非均匀点阵结构.文章以小口径190mm铝合金反射镜作为研究对象,基于MIST法将点阵杆件进行了非均匀尺寸优化.首先选择点阵单胞,对于实体设计空间进行点阵单胞的填充,实现空间反射镜的均匀点阵设计;然后...     

打印方向对SLM增材制造点阵结构力学性能的影响分析

为研究激光选区熔化（SLM）增材制造技术的制造方向对点阵结构力学性能的影响,基于不同的打印角度,制备了4组不同相对密度的Ti–6Al–4V面心立方（PC）点阵试样,并开展了力学性能数值仿真、试样微观形貌观测及单轴压缩试验。结果表明,不同打印方向引起的制造缺陷会造成点阵结构等效杨氏模量及失效模式的改变,低密度点阵结构呈现出无特定规律的“逐层坍塌”破坏,高密度点阵结构为整体“剪切”破坏;点阵结构支杆缺陷随打印方向与支杆夹角增大而增大,同时引起点阵结构等效杨式模量的各向异性,低密度点阵结构的制造缺陷对打印方向更敏感,在相对密度为0.1138时,不同打印方向的等效杨氏模量最大差异达14.6%;由于增材制造的内部缺陷,导致基于均质化理论的仿真结果相较试验值偏高。     

Z-pin点阵分布对层合板面内压缩性能的影响

Z-pin三维增强技术能显著提高层合板层间性能,但会一定程度上引起层合板面内性能劣化。本文着重研究Z-pin植入点阵分布对层合板的面内性能的影响,设计加工了在层合板中植入一定体积分数不同点阵分布的Z-pin增强层合板试样,并进行了面内压缩性能测试,获得了Z-pin的点阵分布对层合板面内压缩强度的影响规律,并利用有限元软件分析了Z-pin点阵分布对面内压缩强度的影响机制。研究表明,Z-pin的植入降低面内压缩强度的原因是其破坏了层合板中的部分承载纤维,层合板的压缩强度与垂直于加载方向截面上的Z-pin分布数量成反比;在层间增强要求允许条件下,Z-pin应尽量平行于面内载荷的承载方向植入。     

点阵结构工艺参数对透波平板电磁波谱的影响

文摘为研究点阵结构工艺参数对透波平板电磁波谱的影响,基于体心立方结构(BCC)点阵基本构型,建立透波平板仿真模型,运用CST仿真软件分别从孔隙率、蒙皮厚度、胞元尺寸、入射角度4方面探究不同结构工艺参数对透波平板共振频率及透射率的影响。并运用选区激光烧结(SLS)制备点阵透波平板结构,用于2～18 GHz透射率对比测试。结果表明,仿真数据与实验结果高度一致;透波平板共振频率随孔隙率增大,第一频率点向低频偏移,第二频率点向高频偏移;随着蒙皮厚度的增加,透射率降低;胞元尺寸与蒙皮厚度决定透射谱的通带共振频率,孔隙率影响较小;入射角增大时,水平极化入射波透射率均大于75%,影响较小;竖直极化入射波透射率在高频处逐渐降低。     

基于单胞代理模型的热弹性点阵结构优化方法

三维点阵材料是一种具有多尺度特性的新型轻质多功能材料，其有千变万化的微结构和高孔隙率，通过设计其细观尺度特征可以获得优良的宏观性能。为了发挥材料与结构的最大设计潜力，提出一种热弹性点阵结构优化方法。在材料细观研究尺度上，实现了三维点阵材料等效热弹性性能预测，利用周期性边界条件下的代表体元法进行数值求解，利用径向基函数代理模型构建细观结构和宏观材料性能的数学关系，并进行了预测误差验证，证明了所提方法具有良好的精确度。在结构宏观研究尺度上，建立了以等效材料填充的结构优化模型，考虑了热力载荷作用，以单胞等效性能代理模型作为材料插值模型，提出最小应变能热弹性点阵结构优化数学模型。在典型三维算例中得到了细观结构变密度分布的优化结果，结构热刚度在一定体积约束下显著提高，证明了所提方法的有效性。     

考虑热膨胀与带隙的点阵超材料多目标优化设计

采用有限元方法研究了一种三角晶格的弯曲主导型热膨胀点阵超材料的带隙特性，利用非支配排序遗传算法针对该材料进行了带隙和热膨胀性能的多目标优化设计，并考虑了热膨胀系数和最大相对带隙两个优化目标。结果表明，无论是特定的正、负以及零热膨胀结构，都具有较好的带隙特性；所有算例都给出了帕累托最优解集，可以平衡不同的竞争目标。这为实现超材料的多功能设计提供了理论依据，特别是在航空航天领域中存在的温差和振动等严苛条件下对材料特定膨胀性质和带隙特性需求的双目标共赢提供了可能。