Patek等借助FFF制作出規(guī)則和漸變拓撲蜂窩結(jié)構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)不同的拓撲排列可以改變結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，且漸變拓撲結(jié)構(gòu)具有更高的能量吸收。

Wu等采用理論和數(shù)值模擬方法研究了單孔結(jié)構(gòu)和復(fù)合蜂窩的面內(nèi)壓縮響應(yīng)，其中復(fù)合蜂窩以方形、圓形和六邊形蜂窩作為蜂窩層，發(fā)現(xiàn)通過適當?shù)倪M行蜂窩層的布置可以有效的提高負載均勻性并控制平臺應(yīng)力和能量吸收的幅度。

Feng等用曲面代替?zhèn)鹘y(tǒng)菱形蜂窩的蜂窩壁，借助FDM設(shè)計制造了具有不同相對密度和梯度排列的蜂窩結(jié)構(gòu)并進行測試，實驗和數(shù)值模擬結(jié)果表明規(guī)則蜂窩的強度和相對剛度隨相對密度的增加而增大，與傳統(tǒng)蜂窩相比，梯度蜂窩表現(xiàn)出最佳的能量吸收性能。

梯度多孔材料給我們帶來了一種新的設(shè)計思路，了解梯度蜂窩結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和能量吸收過程，以及它們與規(guī)則蜂窩結(jié)構(gòu)之間的區(qū)別，有望為輕型功能漸變多孔材料的未來設(shè)計提供一定的指導(dǎo)。

在調(diào)研大量文獻后發(fā)現(xiàn)，盡管定制3D打印蜂窩結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)力學(xué)響應(yīng)和吸能性，但是許多工作都集中在剛性或脆性材料上，對工業(yè)塑料研究很少。因此，本課題以超彈性材料PDMS、彈性和柔性彈塑性材料TPU作為實驗材料，采用實驗和數(shù)值模擬的方法系統(tǒng)地探究了在準靜態(tài)壓縮下彈性多孔蜂窩結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)和吸能性。其中，以六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)為主，探究了相對密度和材料對多孔蜂窩結(jié)構(gòu)的影響；通過引入正方形和三角形單元，進一步探究了在不同材料下，單元形狀對彈性蜂窩結(jié)構(gòu)的影響。此外，還借助數(shù)值模擬的方法對梯度蜂窩結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和吸能性進行了研究。

主要研究內(nèi)容如下：

1. 材料與設(shè)備介紹：首先介紹了實驗中主要使用的材料和設(shè)備；
2. 打印工藝與表征：然后探究不同材料的打印工藝，借助直書寫打印(DIW)和熔融沉積成型(FDM)制作出不同材料的蜂窩結(jié)構(gòu)并進行表征；
3. 材料力學(xué)性能比較：最后，通過單軸拉伸實驗比較了三種材料的力學(xué)性能差異。
4. 規(guī)則蜂窩結(jié)構(gòu)實驗：通過實驗的方法探究了規(guī)則蜂窩結(jié)構(gòu)在準靜態(tài)壓縮下的變形模式、力學(xué)性能和吸能性，包括相對密度、材料和單元幾何結(jié)構(gòu)等的影響；
5. 彈性蜂窩結(jié)構(gòu)循環(huán)壓縮性能：其次，彈性蜂窩結(jié)構(gòu)的循環(huán)壓縮性能被進一步的表征，并借助物理發(fā)泡的方式制作了隨機發(fā)泡材料，比較了其與規(guī)則蜂窩結(jié)構(gòu)之間的性能差異。
6. PDMS材料實驗與模擬：對聚二甲基硅氧烷(PDMS)圓柱進行單軸壓縮實驗并利用實驗數(shù)據(jù)選取合適的本構(gòu)模型，借助Abaqus6.14和選取的本構(gòu)模型對上述單軸壓縮實驗進行模擬，以驗證PDMS材料參數(shù)的準確性；
7. PDMS蜂窩結(jié)構(gòu)建模與驗證：然后介紹PDMS蜂窩結(jié)構(gòu)的建模過程并將規(guī)則和梯度蜂窩結(jié)構(gòu)的實驗與數(shù)值模擬結(jié)果進行比較，以驗證模型和材料參數(shù)的準確性；
8. 梯度蜂窩結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬：最后，設(shè)計了多種梯度蜂窩結(jié)構(gòu)，通過數(shù)值模擬探究了梯度分布和單元排列對其變形模式、力學(xué)性能和吸能性的影響并與規(guī)則蜂窩結(jié)構(gòu)進行比較。

蜂窩結(jié)構(gòu)制作與表征：蜂窩結(jié)構(gòu)的材料、設(shè)計、制作和表征進行系統(tǒng)的介紹。首先明確了題中用到的材料和儀器，并對主要制作和測試設(shè)備進行原理性的介紹；然后設(shè)計了本文要制作的蜂窩結(jié)構(gòu)并制備相應(yīng)的材料，借助直書寫打印機和FDM打印機制作了由不同材料組成的蜂窩結(jié)構(gòu)并進行表征；最后，通過單軸拉伸實驗比較了三種材料的力學(xué)性能。

裝置組成：該裝置主要由計算機控制系統(tǒng)、三維移動平臺和油墨輸出系統(tǒng)三部分組成。其中，計算機控制系統(tǒng)用來進行三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及打印路徑的編寫，也通過其來控制移動平臺的移動以及調(diào)整打印參數(shù)。

上一篇：多孔材料應(yīng)用與3D打印下的蜂窩結(jié)構(gòu)新探
下一篇：3D打印蜂窩結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響研究