基于Voronoi方法的梯度点阵结构力学性能的研究

摘要

通过设计不同梯度的结构,可提高点阵结构强度,改善其抗冲击、吸能减振等力学性能。利用Voronoi方法,在欧拉几何空间域内产生随机点,形成基本单元结构,并设定不同梯度单元结构的分布形式,最终生成具有不同梯度的点阵结构。共设计“向内”梯度和“向外”梯度两种形式,每种形式又分别设计了梯度等级为0.5、0.6、0.7、0.8和0.9共五个不同的点阵结构。当梯度等级为1时,是均匀点阵结构,即结构的梯度随等级变大逐渐呈现均匀化。利用Abaqus有限元分析软件对不同梯度的点阵结构进行压缩力学性能仿真分析。利用3D打印技术制备点阵结构,并进行力学压缩试验,验证有限元分析结果。有限元和压缩试验结果表明,与均匀点阵结构相比,具有梯度的点阵结构力学性能更好;在“向内”梯度点阵结构中,梯度等级为0.6的点阵结构力学性能最佳,具有很好的抗冲击和减振性能;“向外”梯度点阵结构中,梯度等级为0.8的点阵结构更有利于抵抗冲击力,起到吸能减振的作用;“向外”梯度点阵结构整体性能要优于“向内”梯度点阵结构。基于Voronoi方法设计的梯度点阵结构具有高强度、抗冲击和吸能减振等良好的力学性能,点阵结构的力学性能与梯度等级有密切关系。