几种变截面点阵承受面外压缩载荷的力学行为

• 作者: 冀宾 吴春雷 宋林郁 韩涵 顾铖璋
• 来源期刊: 固体力学学报
• 关键词: 点阵 双曲线 椭圆 刚度 压缩强度
• 年，卷（期）: 2018,（4）
• 所属期刊栏目: 研究论文
• 页码范围: 394-402
• 页数: 9页
• 语种: 中文
• DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2018.022

摘要

增材制造工艺的出现使得轴向变截面点阵结构设计成为可能,变截面点阵的刚度、强度和稳定性等力学行为研究具有重要的工程意义.假定杆件横截面沿轴向呈双曲线或椭圆型变化,积分推导变截面对于杆件刚度产生的影响,在平衡方程中进行参数变换,推导出变截面对于杆件失稳特征值的解析解.通过对比发现,双曲线截面杆件在刚度、稳定性方面较等截面杆并无优势.但当参数ξ=0.906时,椭圆型截面变化设计可使杆件失稳特征值提高31.8％.最终,将椭圆型截面杆件应用于实际的金字塔、Kagome点阵设计,并引入了特征值算法和弧长法以证实解析解的正确性.弧长法用于计算含几何缺陷的点阵胞元后屈曲行为.解析解、特征值算法与弧长法(缺陷0.01 mm)均表明,与等截面杆件相比,椭圆型截面杆分别可以提高承载能力31.5％、31.4％和29.0％.Kagome点阵可以得到相同结果.此外,当缺陷增加到0.1 mm时,杆件的弯曲会使得胞元承载能力降低,但椭圆型截面杆的优势仍然存在.研究结果可以为高性能变截面点阵的设计提供理论基础.