目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 微點(diǎn)陣材料的概念 1
1.2 微點(diǎn)陣材料的應(yīng)用 2
1.3 微點(diǎn)陣材料力學(xué)性能及研究現(xiàn)狀.5
1.3.1 微點(diǎn)陣力學(xué)性能參數(shù) 5
1.3.2 微點(diǎn)陣材料力學(xué)行為的基本研究方法 9
1.4 研究目的及簡介 14
參考文獻(xiàn) 15
第2章 常見的金屬 3D 打印工藝和材料 19
2.1 引言 19
2.2 金屬微點(diǎn)陣材料3D打印工藝 19
2.2.1 選區(qū)激光快速熔融技術(shù) 19
2.2.2 電子束快速熔融技術(shù) 22
2.2.3 選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù) 25
2.3 3D打印基體材料力學(xué)性能及微觀結(jié)構(gòu) 26
2.3.1 Ti-6Al-4V合金 26
2.3.2 316L不銹鋼 34
2.3.3 鋁合金 37
2.3.4 高熵合金 40
2.3.5 高溫合金 48
參考文獻(xiàn) 50
第3章 3D打印微點(diǎn)陣材料準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能 53
3.1 引言 53
3.2 彈塑性力學(xué)性能分析 53
3.2.1 彈性性能分析 54
3.2.2 屈服行為分析 58
3.2.3 屈曲行為分析 64
3.3 準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究 65
3.3.1 室溫準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究 66
3.3.2 高溫準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究 67
3.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 69
3.4 微點(diǎn)陣材料宏觀本構(gòu)模型研究 74
3.4.1 應(yīng)變能密度理論 74
3.4.2 有限元模型 78
3.4.3 結(jié)果與分析 81
參考文獻(xiàn) 83
第4章 3D打印微點(diǎn)陣材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能 85
4.1 引言 85
4.2 動(dòng)態(tài)沖擊實(shí)驗(yàn)方法 85
4.2.1 落錘 85
4.2.2 分離式霍普金森壓桿 86
4.2.3 直撞式霍普金森壓桿/泰勒–霍普金森壓桿 87
4.2.4 黏彈性SHPB實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法 88
4.3 微點(diǎn)陣材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能 89
4.3.1 基于落錘系統(tǒng)的材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測試 89
4.3.2 基于落錘系統(tǒng)的點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)防護(hù)性能測試 95
4.3.3 基于SHPB系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果 99
4.3.4 基于直撞式/泰勒–霍普金森桿系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果 106
4.4 沖擊波分析模型 113
參考文獻(xiàn) 119
第5章 3D 打印微點(diǎn)陣材料數(shù)值模擬方法 122
5.1 引言.122
5.2 宏觀等效有限元模型122
5.2.1 DF模型 122
5.2.2 Xue-Hutchinson(X-H)模型 123
5.2.3 閉孔泡沫材料模型 124
5.2.4 低密度聚氨酯泡沫材料模型 125
5.2.5 可壓潰泡沫材料模型 126
5.2.6 福昌泡沫材料模型 127
5.2.7 壓力相關(guān)各向異性模型 128
5.2.8 Li-Guo-Shim模型 134
5.3 三維細(xì)觀有限元模型138
5.3.1 理想有限元模型 138
5.3.2 含缺陷有限元模型 150
5.4 3D 打印微點(diǎn)陣材料幾何缺陷敏感性分析 161
5.4.1 桿件的軸線曲度對(duì)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)初始峰值應(yīng)力的影響 165
5.4.2 截面尺寸沿著軸線的變化對(duì)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)初始峰值應(yīng)力的影響 166
5.5 多尺度計(jì)算模型 168
參考文獻(xiàn) 177
第6章 微點(diǎn)陣材料傳統(tǒng)力學(xué)設(shè)計(jì)方法 180
6.1 引言.180
6.2 極小曲面設(shè)計(jì)方法 180
6.2.1 TPMS設(shè)計(jì)方法研究現(xiàn)狀 180
6.2.2 TPMS多孔結(jié)構(gòu)試樣設(shè)計(jì) 182
6.2.3 TPMS多孔結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究 182
6.3 梯度設(shè)計(jì)方法 186
6.3.1 梯度設(shè)計(jì)方法研究現(xiàn)狀 186
6.3.2 梯度微點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)試樣設(shè)計(jì) 186
6.3.3 梯度微點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究 187
6.4 混雜胞元設(shè)計(jì)方法 201
6.4.1 拼接式混雜設(shè)計(jì)方法研究現(xiàn)狀 201
6.4.2 拼接式混雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)試樣設(shè)計(jì) 202
6.4.3 拼接式混雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究 206
6.4.4 內(nèi)嵌式混雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)試樣設(shè)計(jì) 211
6.4.5 內(nèi)嵌式混雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究 213
6.4.6 胞間填充式混雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)試樣設(shè)計(jì) 216
6.4.7 胞間填充式混雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究.219
6.5 多級(jí)設(shè)計(jì)方法 222
6.5.1 自相似多級(jí)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu) 222
6.5.2 非自相似多級(jí)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu) 227
6.5.3 新型多級(jí)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu) 230
6.6 仿晶界設(shè)計(jì)方法 233
參考文獻(xiàn) 235
第7章 基于拓?fù)鋬?yōu)化的微點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與力學(xué)行為研究 239
7.1 引言.239
7.2 拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法介紹 239
7.3 基于 ABAQUS 的拓?fù)鋬?yōu)化方法 240
7.3.1 能量均勻化方法 240
7.3.2 考慮體積約束的最大化體積模量優(yōu)化問題 244
7.3.3 考慮體積和各向同性約束的最大化體積模量優(yōu)化問題 246
7.3.4 基于Abaqus軟件求解拓?fù)鋬?yōu)化問題的過程 248
7.4 拓?fù)鋬?yōu)化點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能表征 250
7.4.1 拓?fù)鋬?yōu)化點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 250
7.4.2 拓?fù)鋬?yōu)化點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)RVE的彈性性質(zhì) 252
7.4.3 增材制造拓?fù)鋬?yōu)化點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 254
7.4.4 拓?fù)鋬?yōu)化點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能對(duì)方向的依賴性 260
參考文獻(xiàn) 263
第8章 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的微點(diǎn)陣材料設(shè)計(jì)方法 266
8.1 引言 266
8.2 異構(gòu)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建 266
8.2.1 機(jī)器學(xué)習(xí)算法研究現(xiàn)狀 266
8.2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 270
8.2.3 構(gòu)建數(shù)據(jù)集 271
8.2.4 訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 273
8.2.5 確定超參數(shù) 274
8.3 異構(gòu)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究與逆向設(shè)計(jì) 276
8.3.1 準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 276
8.3.2 數(shù)值模擬結(jié)果 279
8.3.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能表現(xiàn)與預(yù)測結(jié)果 281
8.3.4 異構(gòu)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能對(duì)其構(gòu)型的依賴性 285
8.3.5 增強(qiáng)相的數(shù)量對(duì)異構(gòu)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響 287
8.3.6 兩相界面數(shù)量對(duì)異構(gòu)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響 288
8.3.7 具有不同構(gòu)型的異構(gòu)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的多樣化力學(xué)性能 289
8.3.8 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆向設(shè)計(jì)異構(gòu)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu) 291
8.4 構(gòu)筑材料基于機(jī)器學(xué)習(xí)的多目標(biāo)設(shè)計(jì) 293
8.4.1 多目標(biāo)機(jī)器學(xué)習(xí)算法 293
8.4.2 基于機(jī)器算法生成的骨移植體 296
參考文獻(xiàn) 297