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基于宏观性能的微观多孔材料拓扑优化?

功能材料 doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2014.18.016

基于均匀化理论，建立与微观材料拓扑形状相关的宏观结构材料等效弹性张量。集成宏观结构所得到的位移场，推导出带有宏观结构力学特性的微观敏度。从而实现在给定材料体积分数前提下，以宏观结构最大刚度为目标，对材料微结构进行拓扑优化的目的。相关算例说明该方法可以得到与宏观力学性能相对应的各种微观结构蜂窝材料或复合材料。揭示了材料的微观结构拓扑形状依赖于宏观结构尺寸、载荷及初始边界条件等因素。

关键词: 多尺度 , 均匀化方法 , 微结构 , 拓扑优化 , 多孔材料

针对正六边形、Kagome和正三角形蜂窝,通过在孔壁表面附着弱材料层,提出了一种多层级蜂窝材料,并采用解析计算和数值计算的方法,围绕孔壁缺失这种最恶劣的缺陷类型,对蜂窝的体模量和剪切模量进行分析.结果表明,附着软层的多层级蜂窝材料比传统蜂窝抗缺陷性能提高,表现出较低的缺陷敏感性.在附着层的杨氏模量和原蜂窝材料比模量相同时,尽管附着层的杨氏模量比蜂窝母材低一个量级,但在附着层厚度是原蜂窝壁厚两倍时,正六边形和Kagome蜂窝的面内模量对缺陷的敏感性都明显降低.

关键词: 蜂窝材料 , 多层级结构 , 面内模量 , 孔壁缺失 , 缺陷敏感性

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基于宏观性能的微观多孔材料拓扑优化?

多层级蜂窝材料的面内模量缺陷敏感性

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