【摘 要】
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点阵结构是一种新型的轻质高强结构,具有超轻、高比强度、高比刚度等优秀的力学性能以及减振、散热、吸声等特殊性能,因此被广泛应用于航空航天、生物医疗等领域。如何能够快速、准确的预测点阵的力学性能并将其应用到轻量化设计中,成为当前亟需解决的关键问题之一。本文以点阵结构的力学性能仿真预测技术为主要内容展开研究,主要研究内容如下:（1）针对点阵结构力学性能的仿真预测精度问题,研究所设计的CAD（Comput
【基金项目】
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轻质化点阵材料设计与优化技术研究（No.6141B07090119）,装备预研航天科工联合基金；
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点阵结构是一种新型的轻质高强结构,具有超轻、高比强度、高比刚度等优秀的力学性能以及减振、散热、吸声等特殊性能,因此被广泛应用于航空航天、生物医疗等领域。如何能够快速、准确的预测点阵的力学性能并将其应用到轻量化设计中,成为当前亟需解决的关键问题之一。本文以点阵结构的力学性能仿真预测技术为主要内容展开研究,主要研究内容如下:（1）针对点阵结构力学性能的仿真预测精度问题,研究所设计的CAD（Computer Aided Design,CAD）模型和SLM（Selective Laser Melting,SLM）制造的实物模型之间的几何误差,提出了基于ICT（Industrial Computed Tomography,ICT）点阵支杆横截面轮廓的等效杆径计算方法,可以使得有限元分析模型包含点阵在金属增材制造过程中产生的几何缺陷。建立了不同构建倾斜角、不同杆径参数下,增材制造金属点阵的等效杆径数据库。（2）针对点阵结构力学性能的仿真预测效率问题,提出了变截面梁单元模型,建立了BCC（Body Centered Cubic,BCC）点阵常用杆径范围内变截面梁单元刚度影响系数数据库。通过纯点阵结构和基于点阵填充的舵翼轻量化零件两个层面验证了变截面梁单元较高的计算精度和计算效率特点,可以替代具有3D实体几何单元的大规模点阵力学性能仿真预测。（3）开展了增材制造的Ti6Al4V标准拉伸试件力学实验,研究了增材制造Ti6Al4V材料性能参数,为点阵力学性能仿真预测提供相同制造工艺下的材料属性。（4）开展了增材制造的Ti6Al4V点阵压缩实验和基于点阵填充的飞行器轻量化轴承支架力学实验,从纯点阵结构和基于点阵填充的轻量化零件两个层面验证了上述基于等效杆径和变截面梁单元相结合的增材制造金属点阵结构力学性能仿真预测技术的可行性。
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