《Materials & Design》：基于增材制造曲率改进策略的新型类股骨多模态超高强度结构

【概要描述】

分类：行业动态
发布时间：2023-06-08 14:11
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2023年5月22日，吉林大学机械与航天工程学院力学系、仿生工程教育部重点实验室、中科院长春光机所的研究人员在《Materials & Design》上发表题为Novel femur-like multimodal ultrahigh strength structure with superb freedom based on the improvement strategy of curvature fabricated by additive manufacturing 的研究论文，报道了通过引入高曲率表面因子以改善仿生功能结构的界面断裂行为，并结合高曲率表面因子构建新型仿生均质表面结构。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112018

研究简介

基于生物股骨的微观结构，人们设计出了类股骨多模态表面结构，但当孔隙度发生变化时容易发生断裂行为，破坏其结构。本文引入高曲率面因子以改善仿生表面结构的断裂行为。通过结合高曲率曲面因子构建新型仿生均质曲面结构，并基于锥函数和线性函数梯度的构造思想，设计了新型径向梯度曲面结构和轴向梯度曲面结构。

研究人员采用理论、实验和数值方法研究了几种新型仿生多模态表面结构的力学性能，详细解释了仿生多模态结构力学性能差异的潜在机制，这对于在防护工程中有针对性的应用具有十分重要的意义。

研究内容解读

基于生物股骨微观结构的仿生表面结构在孔隙度变化时易表现出界面断裂行为，破坏其结构。本文引入高曲率表面因子改善仿生功能面界面断裂行为，并结合高曲率表面因子构建新型仿生均质表面结构。

此外，为了研究仿生表面结构在多模态条件下的力学性能，研究人员结合锥函数和线性函数的梯度构造概念，设计了新型梯度表面结构(径向梯度优化陀螺结构(GR-opt)、轴向梯度优化陀螺结构(GZ-opt)、径向梯度优化原始结构(PR-opt)、轴向梯度优化原始结构(PZ-opt))。采用理论、实验和数值方法研究了新型仿生表面结构的力学性能，分析了不同形态下结构的能量吸收特性，并进一步研究了中心散射梯度中心偏差对材料力学性能的影响。