轻质点阵材料力学性能研究

轻质点阵材料力学性能研究

摘 要: 文章通过ANSYS有限元软件对各种构型的点阵材料进行单轴和剪切加载，从另一途径推导出各种构型点阵材料的等效模量，验证了理论推导的正确性。

关键词: 点阵材料；力学性能；等效模量；有限元分析

Abstract: The article also use the ANSYS finite element software on various configurations of the lattice material under uniaxial and shear loading, another way to derive equivalent modulus of various configurations of lattice materials to verify the correctness of the theoretical derivation.

Keywords: lattice material; mechanical properties; equivalent modulus; finite element analysis

1 引言

为了满足航天大构件的超轻结构设计和多功能要求执行, 力学和材料工作者所面临的挑战在于提出一种新型的轻质多功能材料, 建立完整的理论体系来描述其不同功能及相应的指标参数。而新型的点阵夹层结构功能材料的设计正是顺应了材料设计、结构设计和功能设计为一体的协同优化设计理念。在交通运输和土木工程结构中, 轻质高强材料在大跨度结构和梁板结构中也具有良好的应用前景,可减轻桥梁、建筑、舰船的结构重量。近年来，轻金属泡沫材料和蜂窝层板已应用于航空航天结构, 而格栅结构和点阵夹层结构是当前国际上认为最有前景的新一代先进轻质超强韧材料之一。

1.1 点阵材料的特性

点阵材料与传统材料的最大不同在于其具有千变万化的微结构和高孔隙率，因而具有许多特有的优良性能[2]:（1)轻质、高强；（2）抗爆炸、抗弹道冲击；（3）高效散热、隔热；（4）吸收电磁波性能；（5）吸声性能；（6）多功能可设计性。

1.2 二维点阵构型

二维点阵材料通常是由其代表性单胞在两个方向延拓而形成的，因而我们一般只关心其结构在延拓面内的构型。常见的二维点阵构型主要包括：六边形点阵、四边形点阵、Kagme点阵、全三角点阵、菱形点阵、混合点阵和矩形点阵。

2 二维点阵材料的初步分析

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