三种仿生点阵结构在压缩下吸能特性的实验与计算分析
医学物理
2024-01-23 v1
摘要
本研究旨在通过有限元分析和实验表征，评估作为仿生点阵的gyroid、dual-lattice和spinodoid结构的力学性能与吸能特性。作为研究的一部分，采用弹性树脂3D打印了体积分数10%的gyroid和dual-lattice结构，并在单轴压缩下进行力学测试。计算模型根据观测实验数据进行标定，并在显式有限元求解器中模拟了更高体积分数结构的响应。研究了不同体积分数点阵组的应力-应变数据，并计算了包括单位体积总吸收能量、吸能效率和致密化应变起始在内的吸能参数。此外，根据节点的连接性以及Gibson-and-Ashby定律，将这些结构划分为弯曲主导型和拉伸主导型结构。研究结果表明，dual-lattice在每个体积分数组中均能吸收更多能量。然而，gyroid结构表现出更高的吸能效率，并在更高应变下发生致密化起始。spinodoid结构在吸能方面表现最差，尤其在低体积分数时。结果还显示，dual-lattice为拉伸主导结构，而gyroid结构为弯曲主导结构，这可能是其更适合吸能应用的原因之一。
引用
@article{arxiv.2308.14452,
title = {Experimental and Computational Analysis of Energy Absorption Characteristics of Three Biomimetic Lattice Structures Under Compression},
author = {Mahtab Vafaeefar and Kevin M. Moerman and Ted J. Vaughan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.14452},
year = {2024}
}