超轻三维多级点阵夹芯结构制备及其力学行为研究

基本信息
批准号:11302060
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:23.00
负责人:熊健
学科分类:
依托单位:哈尔滨工业大学
批准年份:2013
结题年份:2016
起止时间:2014-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:杨金水,娄佳,冯丽佳,史齐,张蒙
关键词:
3D打印快速成型技术失效机理轻质夹芯结构力学性能多级点阵夹芯结构
结项摘要

The aim for reducing the weight and enhancing the effective load of structures is the eternal subject for the developing of lightweight strucures all long. Lightweight lattice sandwich structures have great potential in many applications, especially in the field of aerospace, transportation, surface warship, Heavy industry machinery and so on. 3D multi-hierarchical lattice sandwich structures can improve the ability of resist buckling of core compared with other lightweight sandwich structures. The work about the mechanical behavior of 3D multi-hierarchical lattice sandwich structures is very limited because there is no suitable fabrication method for this kind of structures. This project is studied in order to solve this problem and the content of this research can be divided into three main parts: the first aspect of work is the fabrication of polymer 3D multi-hierarchical pyramidal truss sandwich structures using 3-D printing rapid prototyping method. The natural multi-hierarchical idea will be put into traditional lattice structures and polymer composite 3D multi-hierarchical pyramidal truss sandwich structures with "corrugated-lattice truss" or "lattice truss-lattice truss" cores will be designed and manufactured. The second aspect of work is the experimental analysis of polymer 3D multi-hierarchical pyramidal truss sandwich structures, including quasi-static and dynamic mechanical properties. The mechanical performance and the failure mechanism will be investigated. The third aspect of work is the theoretical and numerical models for mechanical behaviors of 3D multi-hierarchical pyramidal truss sandwich structures and then the failure mechanism map will be drawn. This project is aimed at laying the groundwork for the mechanical knowledge and valuable reference to the engineering application of multi-hierarchical lattice sandwich structures.

减轻结构重量,提高有效载荷是轻质结构不断发展的永恒主题,轻质点阵夹芯结构在航空航天、交通运输、水面舰艇、重工机械等领域具有广泛的应用前景。三维多级点阵夹芯结构相对其他轻质夹芯结构可以大幅提高芯子单元抵抗屈曲的能力,从而发挥每个单元承受载荷的最大潜力,然而由于至今未有合适的制备工艺,导致对其力学行为的研究甚少。本项目的研究就是为了解决这个难题,拟开展以下三方面研究工作:1)将自然界多级化思想融入到目前点阵结构中,采用3D打印快速成型技术制备出聚合物三维多级金字塔点阵夹芯结构(波纹-金字塔/金字塔-金字塔)。2)对该结构进行静态及动态力学性能试验分析,评价结构力学性能并揭示其失效机理。3)建立预报三维多层级金字塔点阵夹芯结构力学性能的理论与数值模型,绘制失效机制图。本项目研究可为人们对多层级点阵夹芯结构的认识和未来该结构的工程应用奠定基础

项目摘要

减轻结构重量,提高有效载荷是轻质结构不断发展的永恒主题,轻质点阵夹芯结构在航空航天、交通运输、水面舰艇、重工机械等领域具有广泛的应用前景。三维多级点阵夹芯结构相对其他轻质夹芯结构可以大幅提高芯子单元抵抗屈曲的能力,从而发挥每个单元承受载荷的最大潜力,然而由于至今未有合适的制备工艺,导致对其力学行为的研究甚少。本项目的研究就是为了解决这个难题,开展了以下三方面研究工作:1)将自然界多级化思想融入到目前点阵结构中,采用3D 打印快速成型技术制备出了聚合物三维多级金字塔点阵夹芯结构。2)对该结构进行了力学性能试验分析,评价了结构的力学性能并揭示了其失效机理。3)建立了预报三维多层级金字塔点阵夹芯结构力学性能的理论与数值模型,绘制了典型载荷下的失效机制图。本项目研究成果可为人们对多层级点阵夹芯结构的认识和未来该结构的工程应用奠定基础。.课题研究期间,课题负责人获得德国洪堡奖学金,入选哈工大青年拔尖人才计划和基础研究杰出人才计划,课题圆满完成了既定的计划任务。已发表学术及会议论文15篇(第一标注8篇),其中SCI收录论文8篇,另外还有2篇论文正在审稿过程中(均为第一标注)。出版学术专著一本,申请发明专利3项,其中已授权2项,培养博士和硕士研究生6名,参加高水平学术会议并宣讲论文8次,开展国际合作交流2次。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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