增材制造点阵结构逆向设计与失效缓解的多尺度实验与预测建模
应用物理
2024-02-27 v1 材料科学
摘要
增材制造(AM)使得开发高性能架构蜂窝材料成为可能，凸显了建立可编程和可预测能量吸收能力的重要性。本研究通过多尺度实验和预测建模，评估了精确调谐的熔丝制造(FFF) AM工艺对热塑性点阵材料能量吸收和失效特性的影响。制造了四种不同单胞拓扑和三种不同相对密度的点阵结构，并测量了其在准静态压缩下的面内力学响应。宏观测试和显微CT成像揭示了依赖于相对密度的损伤机制和失效模式，促使开发了一个稳健的预测建模框架来捕捉工艺引起的性能变化和损伤。对于较低相对密度的点阵结构，基于扩展Drucker-Prager材料模型并引入Bridgman修正与银纹失效准则的有限元模型准确捕捉了压溃响应。随着点阵密度增加，珠粒-珠粒界面的界面损伤成为主导，需要采用微尺度内聚力区模型来丰富模型以捕捉界面脱粘。所有提出的模型均得到验证，表明珠间损伤是限制FFF打印点阵结构能量吸收性能的主要因素。最后，预测建模引入了一个增强因子，提供了一种直接的方法来评估AM工艺对能量吸收性能的影响，便于FFF打印点阵结构的逆向设计。该方法能够批判性地评估如何改进FFF工艺以实现最高可达性能并减轻架构蜂窝材料中的失效。
引用
@article{arxiv.2402.16452,
title = {Multiscale Experiments and Predictive Modelling for Inverse Design and Failure Mitigation in Additively Manufactured Lattices},
author = {Mattia Utzeri and Marco Sasso and Vikram S. Deshpande and S. Kumar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.16452},
year = {2024}
}