国际固体与结构

1、国际固体与结构由正八桁架材料柱的多尺度结构设计Mostafa S.A. ElsayedDamiano Pasini摘要：本文主要对常规八桁架细胞拓扑格的材料微观结构的结构设计和多尺度设计的轴向载荷的构件这类细胞固体制造。理由是这取决于一个拉伸主导型点阵材料的失效模式的巧合，经历了两种微观失效模式，即，弹性屈曲和塑性屈服。一个点阵材料失败的弹性屈曲的细胞没有达到塑性屈服远非最佳。为了避免这种情况，提高材料的强度，我们首先根据细胞元素的结构效率。我们发现，通过塑造单元截面，晶格材料屈曲阻力可以增加直到它等于单元的屈服强度，从而充分利用点阵材料的强度。这两种失效模式的巧合是用来开发的八位组桁架材料微

2、结构设计选择图表的结构标准。在本文的第二部分中，我们检查的常规八桁架材料制造的构造柱的设计。我们表明，在结构和材料水平最大化结构的失效性，全球屈曲和屈服失效的列必须与晶格材料微观失效模式同时发生，即局部屈曲和微观细胞的产生。文章最后说明微桁架几何和柱截面可同时设计充分利用了材料的强度和整体结构。关键词：点阵材料；拉伸为主；八位组桁架；多尺度结构设计1. 景区简介点阵材料微结构材料的砌块材料的细胞。它一般分为拉伸主导型点阵材料（SDLM）和弯曲为主的晶格材料（bdlm）（A，2005）。包含的微观结构分析表明，其刚度和强度的规模与密度比的蜂窝材料的固体材料，查看MathML源¯L，而b

3、dlm的刚度和强度都有分别的，看¯L2和L3 MathML源¯/ 2（德什潘德等人，。2001、Deshpande和斑点，2001）。不同尺度法对材料的强度和刚度的强烈影响。例如，在查看MathML源¯= 0.01，包含的是坚硬100倍和10倍的bdlm更强。一个包含细胞元素基本上是装在轴向拉伸或压缩。对包含理想化的表示是一个销连接允许旋转的微观结构。然而，在实践中这些节点采用刚性。因此，二次弯曲应力发展的细胞成分，但在一定的水平相比几乎可以忽略不计，轴向应力的产生，最终治理包含故障。这些失效模式包括拉伸塑性和弹性屈曲和塑性压缩。包含的研究表明，低密度点阵材料的弹

4、性屈曲总是失败，即使宏观负载张力（Deshpande等人。，2001）。一个点阵材料的弹性屈曲不远的最佳，因为元素变得不稳定，没有履行其产量潜力抵抗，在元件未在弹性区比诱导塑性载荷下加载。改善这一行为，研究人员发现，相对密度的临界值不同的细胞结构，细胞成分的屈曲失效是可以避免的（风扇等人。，2008）。这种强度的提高是在晶格材料密度为代价，因此必须增加，为单元的长细比降低，通过降低其长度或通过扩大其回转半径。然而，被认为是没有注意塑造截面的潜力。到目前为止，对点阵材料的研究都认为，圆形实心横截面显微细胞元素。很少有研究调查实验，圆柱形中空截面晶格材料的行为（沃德利，2002）。由于在微制造技术

5、的新发展，即快速成型和快速制造（Kruth等人。，2005，罗切斯等人。，2007和沃特曼和狄更斯，1994），形成微观结构要素更有效的几何形状变得可行。对制造工艺的进步鼓励开发成型和尺寸的电池元件的横截面增加晶格材料的强度潜力。2规则八的桁架单元的描述这项工作的重点与普通八桁架单元拓扑结构晶格材料。图1显示的点阵材料单元的微观拓扑研究。单元可以被看作是一个核心，正八面体周围有八个正四面体分布在它的八个面。该电池具有面心立方（FCC）与各向同性行为立方对称性产生材料晶格结构（兰顿，2002）；其节点同样位于12细胞连接在每个节点。该引脚确定性分析节理这种微观拓扑版本显示该单元的静态和动定。然而

6、，当单元细化产生周期的材料，所形成的微观结构变得高度冗余和超静定，所有的拉伸为主的细胞结构的一个共同特点（客人和哈钦森，2003）。在文献中，对八位组桁架材料考虑各单元的几何沿其长度均匀圆形固体截面的作品。它已被证明是一个点阵材料，充分利用电池元件的屈服强度可以在其相对密度的费用设计（Fan等人。，2008）。因此，晶格材料密度必须提高到临界值，在该电池单元的扣。在这项工作中，我们绕过这个策略。而不是增加材料的密度，我们选择通过塑造其截面成更高效的几何加强各单元的屈曲性能。3. 几何变量模型的常规八桁架材料的有效性能，我们定义了一系列的模型参数。图2显示了一个宏观的机械构件，分层参数化和格的材

7、料制造的几何细节。微观上，三个参数S，D和D0为任意形状和大小，其中的细胞单元截面定义，D和D0，分别，形状，信封，和一个参考方信封。模型的截面，效率的无量纲参数，命名为形变压器，可以定义分类的形状为家庭和类以及描述它们的几何特征（皮，2007）。例如，变压器的形状和面积的横截面面积的二次矩定义为：在和我，分别，面积和面积形状变压器二矩；一个和我，分别，面积和一个任意截面和AD、ID区二矩是面积和横截面包络面积的二次矩，分别。形变压器可以用来定义为给定的负载要求选择形状截面的效率。例如，截面几何效率，控制弯曲刚度和弹性屈曲可以定义为：另一方面，缩放的截面尺寸的影响是由两个无量纲的乘法器，U和V

8、，其中U和V分别尺度，宽度B0和参考包络平方，高度H0，以横截面的尺寸要求。作为一个结果，u和v可以表示为：其中B和H，分别，宽度和高度的截面包络。使用均衡器。（1A），（1b），（3a）和（3b），的面积和截面面积的二次矩可表示为：其中A0和I0分别是，和面积的参考平方面积的二次矩。对于横截面的形状，如图2所示，该型变压器的面积的二次矩，面积，我和，可以表示为：其中C = A / B和D = H / h和0C1和0D1。利用式（5a）和（5b），截面效率表示为：改变C和D在区间 0，1 我在值结果和在 1 0范围内，而范围1,3。类似的配方，可以针对不同的形状类的表达，例如椭圆钻石（皮皮，2

9、007，等。，2003和帕西尼等人。，2006）。限制曲线表明我的变化和与两参数C和D的变化在图3中绘制三个截面形状的研究中考虑。在图3中，弯管效率进行评估的弯曲和截面屈曲阻力可通过计算线路从图的原点代表每个横截面的形状的点延伸形成的角的正切的评价。对点阵材料的微观单元的屈曲阻力是由回转半径，RG，元件的横截面，除了它的长度。回转半径是由表达与面积的二次矩表示式（7）中形状的变压器，替代我们的情商。（4A），（4B），（5a）和（5b）代入式（7）和式（2）得到以下表达式（帕西尼等人。，2003）：在rg0是的参考截面回转半径。除了横截面的几何建模，我们引入另一个参数，S，其相对于基准分光元件

10、的长度L0的单元长度L模型。类似于u和v，这个比例乘数是表示为：表达式（1A），（1b），（2），（3a），（3b），（4A），（4B），（5A），（5B），（6），（7），（8）和（9）在这项工作中使用的微型模型几何特性和结构的宏观尺度。区分尺度参数，我们使用整个论文的下标“E”的微观参数与宏观的“G”4. 的八位组桁架材料的有效性能建模在这一部分中，对规则的八桁架材料的有效性能制定一个的单元截面形状属性功能。相对于主轴双轴对称截面的研究。性能考虑，包括材料的密度，弹性和强度性能和塌料的表面。相比之下，我们在这里报告文献中也发现经常八位组桁架材料配方（Deshpande等人。，2001），其

11、中的点阵材料的细胞元几何假设为圆形实心截面均匀。以前的模型属性确定在后缀“A”；而后缀“B”是用于我们的模型，这是由3节中提出的参数。它是假定在制造业中使用的点阵材料的固体材料的弹塑性和具有一个与0 = 1 / 3的泊松比的各向同性行为。 参考文献：比，2005-阿什比机械设计中的材料选择（第三版）出版社/巴特沃斯Heinemann，阿姆斯特丹/伦敦（2005）啤酒和庄士敦，1981软包装的啤酒，急诊室庄士敦材料力学麦格劳山国际图书公司，纽约（1981）德什潘德等人，2001。V.S. Deshpande，et al.。一个八位组桁架材料有效性能固体的力学和物理学报，49（2001），页174

12、71769第|PDF（366 K）在Scopus视图记录引用文章（315）Deshpande和斑点，2001与德，无斑点在三点弯曲夹芯梁坍塌国际固体与结构杂志，38（2001），页62756305第PDF（491 K）在Scopus视图记录引用文章（259）Fan et al，2008。H.L.风扇，等。屈服面和块点阵材料的微观破坏机理材料和设计杂志，29（2008），页20382043客人和哈钦森，2003该客人，J.W.哈钦森在重复的结构确定固体的力学和物理学报，51（2003），页383391PDF（116 K）在Scopus视图记录引用文章（58）Kruth等人，2005。Kruth，

13、JP等人，2005。标杆不同SLS / SLM流程快速制造技术。在国际会议的聚合物模具创新（PMI）根特，比利时，四月二十日23，pp. 17。帕西尼等人，2003。D.皮，等。受弯梁的结构效率图杂志的材料，设计与应用，217（2003），页207220在Scopus视图记录全文通过CrossRef引用文章（11）帕西尼等人，2006。D.皮，等。一种选择与轴心受压构件宏观结构的方法国际力学与材料设计，3（2）（2006），页185199在Scopus视图记录引用文章（4）皮，2007D.皮形变压器的材料和形状的选择轻梁材料和设计杂志，28（7）（2007），页20712079PDF（513 K）在Scopus视图记录引用文章（13）兰顿，2002J.D.兰顿弹性梁和框架（第二版）霍伍德出版有限公司，奇切斯特（2002）罗切斯等人，2007。P.罗切斯，et al.。快速成型和快速制造新的应用（RP / RM）空间测量技术宇航学报，61（2007），页352359PDF（692 K）在Scopus视图记录引用文章（35）沃德利，2002海登区沃德利多孔金属制造先进的工程材料，10（2002），页726733在Scopus视图记录全文通过CrossRef引用文章（125）沃特曼和狄更斯，1994诺尔曼·沃特曼，菲利普狄更斯在美国，欧洲