目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 微點陣材料的概念 1
1.2 微點陣材料的應用 2
1.3 微點陣材料力學性能及研究現(xiàn)狀.5
1.3.1 微點陣力學性能參數(shù) 5
1.3.2 微點陣材料力學行為的基本研究方法 9
1.4 研究目的及簡介 14
參考文獻 15
第2章 常見的金屬 3D 打印工藝和材料 19
2.1 引言 19
2.2 金屬微點陣材料3D打印工藝 19
2.2.1 選區(qū)激光快速熔融技術 19
2.2.2 電子束快速熔融技術 22
2.2.3 選區(qū)激光燒結技術 25
2.3 3D打印基體材料力學性能及微觀結構 26
2.3.1 Ti-6Al-4V合金 26
2.3.2 316L不銹鋼 34
2.3.3 鋁合金 37
2.3.4 高熵合金 40
2.3.5 高溫合金 48
參考文獻 50
第3章 3D打印微點陣材料準靜態(tài)力學性能 53
3.1 引言 53
3.2 彈塑性力學性能分析 53
3.2.1 彈性性能分析 54
3.2.2 屈服行為分析 58
3.2.3 屈曲行為分析 64
3.3 準靜態(tài)力學性能實驗研究 65
3.3.1 室溫準靜態(tài)實驗研究 66
3.3.2 高溫準靜態(tài)實驗研究 67
3.3.3 實驗結果分析 69
3.4 微點陣材料宏觀本構模型研究 74
3.4.1 應變能密度理論 74
3.4.2 有限元模型 78
3.4.3 結果與分析 81
參考文獻 83
第4章 3D打印微點陣材料動態(tài)力學性能 85
4.1 引言 85
4.2 動態(tài)沖擊實驗方法 85
4.2.1 落錘 85
4.2.2 分離式霍普金森壓桿 86
4.2.3 直撞式霍普金森壓桿/泰勒–霍普金森壓桿 87
4.2.4 黏彈性SHPB實驗數(shù)據(jù)處理方法 88
4.3 微點陣材料動態(tài)力學性能 89
4.3.1 基于落錘系統(tǒng)的材料動態(tài)力學性能測試 89
4.3.2 基于落錘系統(tǒng)的點陣夾芯結構防護性能測試 95
4.3.3 基于SHPB系統(tǒng)的實驗測試結果 99
4.3.4 基于直撞式/泰勒–霍普金森桿系統(tǒng)的實驗測試結果 106
4.4 沖擊波分析模型 113
參考文獻 119
第5章 3D 打印微點陣材料數(shù)值模擬方法 122
5.1 引言.122
5.2 宏觀等效有限元模型122
5.2.1 DF模型 122
5.2.2 Xue-Hutchinson(X-H)模型 123
5.2.3 閉孔泡沫材料模型 124
5.2.4 低密度聚氨酯泡沫材料模型 125
5.2.5 可壓潰泡沫材料模型 126
5.2.6 福昌泡沫材料模型 127
5.2.7 壓力相關各向異性模型 128
5.2.8 Li-Guo-Shim模型 134
5.3 三維細觀有限元模型138
5.3.1 理想有限元模型 138
5.3.2 含缺陷有限元模型 150
5.4 3D 打印微點陣材料幾何缺陷敏感性分析 161
5.4.1 桿件的軸線曲度對點陣結構初始峰值應力的影響 165
5.4.2 截面尺寸沿著軸線的變化對點陣結構初始峰值應力的影響 166
5.5 多尺度計算模型 168
參考文獻 177
第6章 微點陣材料傳統(tǒng)力學設計方法 180
6.1 引言.180
6.2 極小曲面設計方法 180
6.2.1 TPMS設計方法研究現(xiàn)狀 180
6.2.2 TPMS多孔結構試樣設計 182
6.2.3 TPMS多孔結構力學性能研究 182
6.3 梯度設計方法 186
6.3.1 梯度設計方法研究現(xiàn)狀 186
6.3.2 梯度微點陣結構試樣設計 186
6.3.3 梯度微點陣結構力學性能研究 187
6.4 混雜胞元設計方法 201
6.4.1 拼接式混雜設計方法研究現(xiàn)狀 201
6.4.2 拼接式混雜點陣結構試樣設計 202
6.4.3 拼接式混雜點陣結構力學性能研究 206
6.4.4 內嵌式混雜點陣結構試樣設計 211
6.4.5 內嵌式混雜點陣結構力學性能研究 213
6.4.6 胞間填充式混雜點陣結構試樣設計 216
6.4.7 胞間填充式混雜點陣結構力學性能研究.219
6.5 多級設計方法 222
6.5.1 自相似多級點陣結構 222
6.5.2 非自相似多級點陣結構 227
6.5.3 新型多級點陣結構 230
6.6 仿晶界設計方法 233
參考文獻 235
第7章 基于拓撲優(yōu)化的微點陣結構設計與力學行為研究 239
7.1 引言.239
7.2 拓撲優(yōu)化設計方法介紹 239
7.3 基于 ABAQUS 的拓撲優(yōu)化方法 240
7.3.1 能量均勻化方法 240
7.3.2 考慮體積約束的最大化體積模量優(yōu)化問題 244
7.3.3 考慮體積和各向同性約束的最大化體積模量優(yōu)化問題 246
7.3.4 基于Abaqus軟件求解拓撲優(yōu)化問題的過程 248
7.4 拓撲優(yōu)化點陣結構的力學性能表征 250
7.4.1 拓撲優(yōu)化點陣結構設計 250
7.4.2 拓撲優(yōu)化點陣結構RVE的彈性性質 252
7.4.3 增材制造拓撲優(yōu)化點陣結構的準靜態(tài)實驗結果 254
7.4.4 拓撲優(yōu)化點陣結構力學性能對方向的依賴性 260
參考文獻 263
第8章 基于數(shù)據(jù)驅動的微點陣材料設計方法 266
8.1 引言 266
8.2 異構點陣結構的機器學習算法構建 266
8.2.1 機器學習算法研究現(xiàn)狀 266
8.2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡構建 270
8.2.3 構建數(shù)據(jù)集 271
8.2.4 訓練人工神經(jīng)網(wǎng)絡 273
8.2.5 確定超參數(shù) 274
8.3 異構點陣結構力學性能研究與逆向設計 276
8.3.1 準靜態(tài)實驗結果 276
8.3.2 數(shù)值模擬結果 279
8.3.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡的性能表現(xiàn)與預測結果 281
8.3.4 異構點陣結構力學性能對其構型的依賴性 285
8.3.5 增強相的數(shù)量對異構點陣結構力學性能的影響 287
8.3.6 兩相界面數(shù)量對異構點陣結構力學性能的影響 288
8.3.7 具有不同構型的異構點陣結構的多樣化力學性能 289
8.3.8 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡逆向設計異構點陣結構 291
8.4 構筑材料基于機器學習的多目標設計 293
8.4.1 多目標機器學習算法 293
8.4.2 基于機器算法生成的骨移植體 296
參考文獻 297