左為增材制造陶瓷點陣結構力學性能數(shù)學模型，中為預測效果，右為仿真結果
近日，中國科學院沈陽自動化研究所科研團隊針對陶瓷點陣結構增材制造的拓撲優(yōu)化和輕量化設計等問題，提出了力學性能預測的數(shù)學拓撲優(yōu)化模型。該研究成果于近期在線發(fā)表于國際力學領域期刊 International Journal of Mechanical Sciences (中國科學院1區(qū)TOP期刊，IF：7.3)。
陶瓷點陣結構具有強度高、剛度大和質量輕的特點，因此它在輕量化工程中被廣泛使用。而優(yōu)化節(jié)點連接的支柱結構和幾何配置，可以讓陶瓷點陣結構在實現(xiàn)減少自重的情況下承受更大的載荷。然而，此前研究多是通過實驗和仿真模擬來研究陶瓷點陣結構的力學性能和破壞行為，在脆性微點陣結構的力學理論方面研究還需進一步探索。
針對這一問題，科研團隊基于修正的Gibson和Ashby定律以及Timoshenko梁理論，建立了可以預測陶瓷點陣結構的壓縮強度和楊氏模量的數(shù)學模型?？蒲袌F隊用立體光刻增材制造技術制備了不同縱橫比和幾何相對密度的拉伸主導(簡單立方)和彎曲主導(體心立方)陶瓷微點陣結構，利用壓縮強度實驗測試和仿真數(shù)據(jù)驗證了所提出新型模型的準確性。結果顯示模型的準確度可以達到90-97%，表明該模型可以根據(jù)支柱的縱橫比和幾何相對密度，進行陶瓷點陣結構的力學性能優(yōu)化設計。此外，對微點陣壓縮行為進行了有限元分析，闡明了微點陣結構的抗壓縮破壞過程。該研究為陶瓷點陣力學性能及預測提供了理論支持，為陶瓷增材制造工藝優(yōu)化提供了一種方式。
該研究成果得到了國家自然科學基金和中國科學院青年創(chuàng)新促進會等項目的支持。
https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2023.108752
原文始發(fā)于微信公眾號（中國科學院沈陽自動化研究所）：IJMS | 沈陽自動化所在增材制造陶瓷點陣結構力學性能預測方面取得進展
