摘要：对于具有特定材料属性的周期性复合材料设计,提出了一种参数化的形状优化方法。对于带有周期性结构的两相材料,给定细观单胞结构的基本构型,通过参数化的实体造型技术,结合均匀化方法,实现了通用的材料单胞形状参数化设计方法,以获取指定材料性能。在参数化结构形状优化设计CAD/CAE集成平台POSHAPE上完成程序实现。文中算例给出了两相蜂窝型骨架复合材料和空心复合材料周期性单胞的零泊松比和指定参数性质的形状优化设计过程,并验证了本文方法的有效性。

摘要：借助Pro/E软件参数化功能,通过编制参数间关系,实现了三维五向编织复合材料内部单胞模型的参数化设计.在参照模型的基础上,改变尺寸参照,即可快速生成相应的单胞模型,为进一步的力学性能研究提供了便于应用的分析模型.

摘要：提出了一种基于网格的周期性多孔复合材料单胞模拟方法,以孔洞的形状、大小、位置为优化变量,建立了以材料在某个方向上的导热性能最好为目标的两相材料单胞优化模型,并用遗传算法进行求解,数值结果验证了优化模型和优化算法的有效性,获得了多种最优单胞结构。

摘要：研究了面内冲击载荷作用下不同形状单胞的动态变形机制及能量吸收特性。在相对密度及单胞边长尺寸一致的条件下,讨论了三种不同形状的单胞(三角形、正方形和六边形)的冲击变形模态。在该基础上,分析了一定冲击速度下,几何拓扑结构对单胞能量吸收特性的影响,对于蜂窝材料的微结构设计具有指导意义。

摘要：目的探究不同单胞结构对骨支架力学性能和生物学性能的影响。有助于优化骨支架性能,提高骨支架的生物相容性和力学性能,指导其设计和制备,以促进骨组织的再生和修复。方法以“bone scaffold”“regular cell structure”“irregular cell porous structure”“topology optimization”“triply periodic minimal surface”等检索词在Pubmed、Web of Science、Elsevier Science Direct等数据库检索2017~2023年的文献;以“骨支架”“规则单胞”“不规则单胞”“拓扑优化”“三周期极小曲面”为检索词检索中国知网、万方及维普2017至2023年的文献,最终纳入37篇文献进行参考并综述。结果规则单胞结构骨支架制作简单且易于控制,但其边缘常呈尖锐形状,导致无法与人体原生骨紧密结合。不规则单胞结构其内部结构的均匀性仍然存在挑战。近年来,基于拓扑优化方法构建的骨支架应用于流体应用场景的拓扑优化则变得极其困难。在这方面,TPMS成为创建具有可控内部微观结构多孔材料的最佳选择。结论研究骨支架的多孔结构需要综合考虑多种因素,因为不同位置对骨支架的力学性能有不同要求。其目标是实现在骨支架和宿主骨之间建立最佳生物固定界面方案,同时减轻二者之间的应力屏蔽。

摘要：文章研究了夹芯结构中周期性单胞构型设计时尺寸效应。以夹层板的宏观响应为目标函数,将夹层板的上、下面板作为非设计域,在满足给定的体积约束情况下,采用变量关联技术和凸规划对偶优化算法设计不同尺寸的三维夹芯表征体胞构型。最后,根据优化结果深入分析并探讨了单胞尺寸和材料用量对夹芯结构构型设计的影响。

摘要：声学超表面是一种能够调节声波反射、透射和吸收特性的超薄人工结构,对于空间受限的应用领域具有重要价值,目前声学超表面主要借助超构材料来实现。提出一种非超构材料的新型声学超表面,采用单向纤维周期复合材料对声波进行调制,实现了声波的定向反射调控。借助复合材料细观力学方法,采用均匀化理论和优化方法设计周期复合材料单胞的组分,使单胞具有特定的等效力学性能与声学性能,并满足特性阻抗匹配,从而形成超表面所需的声速梯度分布。通过能带分析获得了单胞纵波波速与频率的关系,显示出复合材料超表面的宽频特性。定向反射仿真展示了复合材料超表面操控声波的有效性,并验证了对于垂直入射声波纵波是影响波控性能的主要因素。研究工作为声学超表面及其他声学波控装置的设计提供了一种新途径。

摘要：在三维六向编织物纱线运动规律的基础上,建立了单胞模型,推导了编织参数之间的数学关系。基于该模型,采用改进的刚度平均化方法,导出了三维六向编织复合材料的工程弹性常数,分析了编织角和纤维体积含量对弹性性能的影响。结果表明,三维六向编织复合材料具有良好的力学性能,由于面内纬纱的加入,使面内的力学性能得到了提高。

摘要：手性力学超结构是由合理设计的非对称单胞周期性排列组成的.手性超结构能展现出拉扭耦合等非手性超结构所不具备的奇异力学性质.本文旨在将结构基因力学(MSG)这一通用的异质结构本构建模方法应用于手性超结构.基于MSG的欧拉-伯努利梁、基尔霍夫板、柯西连续介质模型被简要介绍并用于获得由手性立方单胞和/或缺肋单胞组成的一维(梁状)、二维(板状)、三维超结构的奇异性质.由缺肋单胞组成的三维超结构展现出尺寸无关剪切耦合而非一直以来被认为的拉胀性,且其剪切模量无法采用相框剪切试验直接测得.多种不同的梁状和板状超结构分别展现出拉扭、剪切、弯扭耦合等奇异性质.基于MSG的精细化数值实验可以降低超结构的制造、测试、仿真成本,指导实验数据分析,进而促进新型力学超结构的发现.

摘要：根据三维五向编织复合材料的细观结构模型,分别假设编织纱线和轴纱具有六边形和正方形横截面,建立了计算三维五向编织复合材料导热性能的有限元模型.采用有限元方法,设定合理的边界条件,计算了三维五向编织复合材料的横向和纵向热传导系数,并与三维四向编织复合材料的热传导系数进行了比较,分析了编织角和纤维体积含量对热传导系数的影响规律.此外,还确定了材料内部的温度、热梯度及热流量的分布,为材料热力耦合问题的分析奠定了基础.