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(yīng)用 2
1.3 微點陣材料力學(xué)性能及研究現(xiàn)狀.5
1.3.1 微點陣力學(xué)性能參數(shù) 5
1.3.2 微點陣材料力學(xué)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(shù) 19
2.2.2 電子束快速熔融技術(shù) 22
2.2.3 選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù) 25
2.3 3D打印基體材料力學(xué)性能及微觀結(jié)構(gòu) 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(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能 53
3.1 引言 53
3.2 彈塑性力學(xué)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(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能實驗研究 65
3.3.1 室溫準(zhǔn)靜態(tài)實驗研究 66
3.3.2 高溫準(zhǔn)靜態(tài)實驗研究 67
3.3.3 實驗結(jié)果分析 69
3.4 微點陣材料宏觀本構(gòu)模型研究 74
3.4.1 應(yīng)變能密度理論 74
3.4.2 有限元模型 78
3.4.3 結(jié)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(xué)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(xué)性能 89
4.3.1 基于落錘系統(tǒng)的材料動態(tài)力學(xué)性能測試 89
4.3.2 基于落錘系統(tǒng)的點陣夾芯結(jié)構(gòu)防護性能測試 95
4.3.3 基于SHPB系統(tǒng)的實驗測試結(jié)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(jié)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(guān)各向異性模型 128
5.2.8 Li-Guo-Shim模型 134
5.3 三維細(xì)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(jié)構(gòu)初始峰值應(yīng)力的影響 165
5.4.2 截面尺寸沿著軸線的變化對點陣結(jié)構(gòu)初始峰值應(yīng)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(xué)設(shè)計方法 180
6.1 引言.180
6.2 極小曲面設(shè)計方法 180
6.2.1 TPMS設(shè)計方法研究現(xiàn)狀 180
6.2.2 TPMS多孔結(jié)構(gòu)試樣設(shè)計 182
6.2.3 TPMS多孔結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究 182
6.3 梯度設(shè)計方法 186
6.3.1 梯度設(shè)計方法研究現(xiàn)狀 186
6.3.2 梯度微點陣結(jié)構(gòu)試樣設(shè)計 186
6.3.3 梯度微點陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究 187
6.4 混雜胞元設(shè)計方法 201
6.4.1 拼接式混雜設(shè)計方法研究現(xiàn)狀 201
6.4.2 拼接式混雜點陣結(jié)構(gòu)試樣設(shè)計 202
6.4.3 拼接式混雜點陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究 206
6.4.4 內(nèi)嵌式混雜點陣結(jié)構(gòu)試樣設(shè)計 211
6.4.5 內(nèi)嵌式混雜點陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究 213
6.4.6 胞間填充式混雜點陣結(jié)構(gòu)試樣設(shè)計 216
6.4.7 胞間填充式混雜點陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究.219
6.5 多級設(shè)計方法 222
6.5.1 自相似多級點陣結(jié)構(gòu) 222
6.5.2 非自相似多級點陣結(jié)構(gòu) 227
6.5.3 新型多級點陣結(jié)構(gòu) 230
6.6 仿晶界設(shè)計方法 233
參考文獻 235
第7章 基于拓?fù)鋬?yōu)化的微點陣結(jié)構(gòu)設(shè)計與力學(xué)行為研究 239
7.1 引言.239
7.2 拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計方法介紹 239
7.3 基于 ABAQUS 的拓?fù)鋬?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?fù)鋬?yōu)化問題的過程 248
7.4 拓?fù)鋬?yōu)化點陣結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能表征 250
7.4.1 拓?fù)鋬?yōu)化點陣結(jié)構(gòu)設(shè)計 250
7.4.2 拓?fù)鋬?yōu)化點陣結(jié)構(gòu)RVE的彈性性質(zhì) 252
7.4.3 增材制造拓?fù)鋬?yōu)化點陣結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)靜態(tài)實驗結(jié)果 254
7.4.4 拓?fù)鋬?yōu)化點陣結(jié)構(gòu)力學(xué)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(qū)動的微點陣材料設(shè)計方法 266
8.1 引言 266
8.2 異構(gòu)點陣結(jié)構(gòu)的機器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建 266
8.2.1 機器學(xué)習(xí)算法研究現(xiàn)狀 266
8.2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 270
8.2.3 構(gòu)建數(shù)據(jù)集 271
8.2.4 訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 273
8.2.5 確定超參數(shù) 274
8.3 異構(gòu)點陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究與逆向設(shè)計 276
8.3.1 準(zhǔn)靜態(tài)實驗結(jié)果 276
8.3.2 數(shù)值模擬結(jié)果 279
8.3.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能表現(xiàn)與預(yù)測結(jié)果 281
8.3.4 異構(gòu)點陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能對其構(gòu)型的依賴性 285
8.3.5 增強相的數(shù)量對異構(gòu)點陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響 287
8.3.6 兩相界面數(shù)量對異構(gòu)點陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響 288
8.3.7 具有不同構(gòu)型的異構(gòu)點陣結(jié)構(gòu)的多樣化力學(xué)性能 289
8.3.8 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆向設(shè)計異構(gòu)點陣結(jié)構(gòu) 291
8.4 構(gòu)筑材料基于機器學(xué)習(xí)的多目標(biāo)設(shè)計 293
8.4.1 多目標(biāo)機器學(xué)習(xí)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