【摘 要】
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316L不锈钢是一种广泛应用的工程材料,具有优良的耐腐蚀性和综合力学性能。多孔结构由于具有轻质、高比强度及吸能减震、降噪隔热等优势被广泛应用于轻量化、生物植入及缓冲吸能等应用领域。三周期极小曲面（Triply periodic minimal surface,TPMS）多孔结构凭借其曲面上任意一点的平均曲率为零、三个独立方向上的周期性、多样的几何形状、可参数化数学建模等优点引起了研究人员广泛的研究
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316L不锈钢是一种广泛应用的工程材料,具有优良的耐腐蚀性和综合力学性能。多孔结构由于具有轻质、高比强度及吸能减震、降噪隔热等优势被广泛应用于轻量化、生物植入及缓冲吸能等应用领域。三周期极小曲面（Triply periodic minimal surface,TPMS）多孔结构凭借其曲面上任意一点的平均曲率为零、三个独立方向上的周期性、多样的几何形状、可参数化数学建模等优点引起了研究人员广泛的研究。增材制造的飞速发展提高了复杂三维结构的可设计性,极大的推动了多孔结构的研究。多孔结构在实际使用过程中不可避免的会受到冲击载荷的作用,然而激光粉末床熔融（Laser Powder Bed Fusion,L-PBF）技术制备的Diamond结构在爆炸、碰撞等冲击载荷下的力学性能及变形行为尚不清楚,因此有必要开展激光粉末床熔融技术制备的Diamond结构在冲击载荷下的研究。本文设计了具有三周期极小表面的四种相对密度相同的Diamond结构,采用数值模拟和实验相结合的方法,对激光粉末床熔融技术制备的316L不锈钢Diamond结构在准静态载荷下和动态载荷下的应力应变关系、变形失效行为以及能量吸收能力开展了系统的研究,并研究了316L不锈钢基材的应变率效应,以便为工程应用提供理论基础和指导,主要研究内容和结果如下:（1）Diamond结构的设计与制备。本文利用MATLAB得到了相对密度和水平集常数的关系,然后利用MATLAB设计了四种Diamond结构,分别为梯度骨架结构（GSKD）、梯度片状结构（GSHD）、均匀骨架结构（USKD）、均匀片状结构（USHD）。然后利用MATERIALSE MAGICS进行加厚、布尔运算等操作得到用于打印的.STL文件,并采用EP-M150制备了样品。利用MATLAB代码得到了上述四种体素化的用于有限元模拟的Diamond模型,并保存为.INP文件,以便导入ABAQUS中进行有限元模拟。（2）激光粉末床熔融技术制备316L不锈钢母材的力学性能研究。开展了316L不锈钢在应变率为0.001/s、0.01/s、300/s及800/s时的力学试验。根据试验得到的应力-应变数据,揭示了应变率对316L不锈钢应力-应变关系、屈服强度及应变硬化能力的影响,并建立了对应的Johnson-Cook塑性本构模型。结果表明激光粉末床熔融技术制备的316L不锈钢具有明显的应变率效应。（3）激光粉末床熔融技术制备的316L不锈钢Diamond点阵结构的准静态压缩行为研究。开展了四种316L Diamond点阵结构在应变率为0.001/s和0.01/s作用下的准静态力学性能试验,通过摄像机记录的点阵结构压缩变形过程和有限元模拟的应力场、应变场揭示了其压缩变形行为和失效机制。结果表明片状结构具有更高的抗压强度,是骨架状结构的两倍;只有GSKD结构在压缩过程中表现出了应力的坍塌与回复;有限元模拟的结果与相机记录的结果相符,更直观的显示了骨架结构的变形行为;当应变率从0.001/s增加到0.01/s时,所有结构的强度都微弱的增强且变形模式模式没有发生改变。（4）激光粉末床熔融技术制备的316L不锈钢Diamond点阵结构的动态压缩行为研究。开展了四种316L Diamond点阵结构在应变率为300/s和800/s作用下的动态力学性能试验,通过高速摄像机记录的点阵结构压缩变形过程揭示了其压缩变形行为和失效机制。结果表明当应变率从0.001/s增加到300/s时,所有结构的屈服强度均明显增强,而变形模式并没有发生改变;当应变率从300/s增加到800/s时,所有结构的屈服强度增强不明显,GSHD和USKD结构的变形模式发生了改变。
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