考虑材料各向异性的熔丝制造PLA点阵结构弹性各向同性设计

作     者：王书恒 戴时 吴鑫伟 马永彬 邓子辰 Wang Shuheng;Dai Shi;Wu Xinwei;Ma Yongbin;Deng Zichen

作者机构：西北工业大学工程力学系西安710129 复杂系统动力学与控制工业和信息化部重点实验室西安710072 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(12072266 12072280) 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2022年第54卷第5期

页      码：1291-1302页

摘      要：增材制造技术的兴起激发了国内外学者对结构创新设计的热情.然而,增材制造材料的各向异性为结构力学性能的预测与设计带来了一定的困难.为了准确预测熔丝制造聚乳酸(PLA)材料和点阵结构的弹性性能,并实现点阵结构的弹性各向同性设计,首先,本文采用正交各向异性弹性模型来描述PLA材料的弹性行为,通过实验和计算得到了正交各向异性模型需要的9个独立的弹性常数.然后,设计了一种力学性能可调的二维组合桁架点阵结构,基于代表体元法,在不考虑材料各向异性的情况下推导出了其平面内等效弹性性能的解析表达式及弹性各向同性条件.最后,根据PLA材料的各向异性调整点阵结构内部杆件的弹性模量和厚度,并基于代表体元法重新推导出了点阵结构平面内等效弹性性能的解析表达式及其弹性各向同性条件.研究结果表明,正交各向异性弹性模型适用于描述熔丝制造PLA材料的弹性行为,基于该模型能够准确预测PLA材料在任意方向上的弹性模量.在预测与设计熔丝制造点阵结构的力学性能时需要充分考虑材料的各向异性.在考虑材料的各向异性之后,基于代表体元法调整点阵结构的几何尺寸,能够实现部分点阵结构的弹性各向同性设计.

主 题 词：熔丝制造 正交各向异性 点阵结构 代表体元法 弹性各向同性设计 

学科分类：08[工学] 0703[理学-化学类] 080102[080102] 0801[工学-力学类] 

核心收录：

D　O　I：10.6052/0459-1879-22-031

馆 藏 号：203112202...