为了更好地揭示三周期极小曲面(TPMS)结构设计与力学性能参数之间的对应关系,研究了螺旋二十四面体Gyroid结构(GCS)不同网格参数的数值收敛性和不同排列方式的力学性能.设计了体积分数和胞元尺寸固定的GCS试件;基于单元参数变化的体素化模型,使用有限元方法对GCS进行收敛性分析;通过试件拉伸试验验证了仿真的正确性;最后以拉伸和弯曲工况研究了GCS在不同排列形式时的力学性能差异.研究结果表明:仿真分析与试验之间的抗拉强度、极限载荷误差在1.5％以内;基于体素化方法,调整雅可比参数值可显著降低收敛时的单元数量.对变厚度GCS力学性能做了定量分析,拉伸工况中,针对4×4×4结构,其等效弹性模量沿厚度方向变化最大可达14.41％;弯曲工况中,针对20×4×4结构,等效弹性模量最大差距为21.25％.

三周期极小曲面;收敛性;力学性能;体素化

厦门大学航空航天学院,厦门,361102;华中科技大学航空航天学院,武汉,430074;武汉纺织大学机械工程与自动化学院,武汉,430200

[1]蒋创宇;张保强;陈云;王存福;罗华耿;胡杰翔;曹龙超-.Gyroid结构力学性能及数值收敛性研究)[J].中国机械工程,2022(23):2790-2800

Gyroid,结构力学,三周期极小曲面,TPMS,力学性能参数,二十四,四面体,GCS,同排,排列方式,胞元,试件,参数变化,体素化,有限元方法,收敛性分析,拉伸试验,弯曲工况,排列形式,性能差异,抗拉强度,极限载荷,雅可比,参数值,单元数量,变厚度,等效弹性模量

0.328216