调幅分解与壳基架构材料的曲率引导力学与设计

增材制造架构材料实现了对工程材料机械性能前所未有的控制。虽然晶格架构在这些进步中发挥了关键作用，但它们在尖锐接头处存在应力集中，且在较高相对密度下表现出弯曲主导的行为，限制了其机械效率。此外，高分辨率 AM 技术通常导致低吞吐量或昂贵的制造成本，限制了这些材料的制造可扩展性。非周期性调幅分解架构材料提供了一种有前景的替代方案，它利用了可以通过 AM 以外技术制造的低曲率架构。得益于相分离过程，这些架构通过调整其曲率分布，展现出可调的机械性能和增强的缺陷容忍度。然而，曲率与其各向异性力学行为之间的关系仍知之甚少。在本工作中，我们开发了一个理论框架，以量化曲率在控制壳基调幅分解架构材料的各向异性刚度和强度中的作用。我们引入了几何度量指标，用于预测不同加载条件下的拉伸和弯曲能量分布，弥合了双曲率壳基形态中的曲率与其力学各向异性之间的差距。我们通过有限元模拟和微尺度实验验证了我们的框架，展示了其在设计机械稳健的调幅分解架构方面的实用性。本研究提供了对曲率驱动力学的基本见解，指导了面向工程应用的下一代架构材料的优化。