钛合金拥有优良的综合力学性能,被称为“航空金属”,备受航空业青睐。三维点阵结构作为新一代超轻材料,通过内部空间结构设计不仅可以获得超低的相对密度,还可集成通液布线、吸能降噪等多功能,完美契合航天器提速减重的大趋势。利用节点下压工艺制备三维点阵芯体,有利于桁架杆变形的均匀分布,提高整体强度,但是该工艺对母材塑性要求很高,目前只应用于铝合金和不锈钢等塑性较好的材料。TC4钛合金常温下塑性成形性能很差,为促进节点下压工艺在钛合金点阵制备领域的应用,本课题首先通过高温拉伸试验研究了 TC4高温下的材料流动规律,在此基础上开展了金字塔点阵节点下压成形工艺及力学性能的有限元模拟,对成形冲头及预制板参数进行优化,总结了芯体参数对金字塔结构平压及剪切性能的影响规律,主要研究工作如下:(1)开展了 TC4钛合金在不同温度和应变速率下的单向拉伸试验,研究变形参数对TC4高温成形性能的影响,对比真应力应变曲线发现,提高温度、降低应变速率可以显著改善TC4的塑性变形能力;通过金相试验观察TC4板材微观组织的演变,证实温度升高、速率降低有助于促进塑性相β的析出,从而提升TC4塑性变形能力;同时试件断口形貌分析结果显示,随着温度的升高,应变速率的降低,韧窝数量和深度均有提升,断口从混合断裂逐渐转变为韧性断裂,合金塑性增强,与高温拉伸宏观应力应变特征相符。(2)基于高温拉伸试验数据,构建了带有应变补偿的Arrhenius本构方程及改进的Johnson-Cook本构方程,与试验曲线对比,平均偏差绝对值分别为6.74%和3.02%,表明两种材料模型均可精确表征材料的高温流动规律。(3)基于TC4板材高温应变应变规律,开展了金字塔结构节点下压工艺有限元模拟,对成形冲头进行初选及参数优化,模拟结果显示,圆柱冲头、方形冲头及锥台销冲头均有助于提升成形高度,减小板材应变集中。在冲头优化基础上,采用曲面响应法对预制网状板进行参数优化,获取最优预制板参数,为后续模具设计垫定基础。(4)金字塔点阵结构力学性能的理论计算表明,面板厚度、芯板厚度、筋条宽度、单元大小等参数对其有重要影响。针对不同参数建模分析发现,芯体是金字塔结构的主要承载部位,通过增加芯体厚度或筋条宽度,金字塔结构变形抗力增大,平压及剪切模量显著提升。此外,桁架杆的倾斜角会影响其承载效率,根据承载状态有针对性的设计空间结构可以提高金字塔点阵的比强度。