激光增材制造吸能结构研究进展

激光增材制造通常被称为激光3D打印,它是20世纪80年代发展起来的快速成型技术(Rapid Prototyping,RP),可以直接将复杂的3D Computer Aided Design (CAD)结构模型加工成实际物体。激光增材制造技术的出现为开发复杂几何图形提供了一个平台,并在原产品的设计空间内降低了产品的成本和生产时间。吸能材料和结构,主要依靠在碰撞中快速地吸收撞击能量,减少撞击物的撞击加速度,最大限度地降低被撞物的伤害。近年来,新型吸能结构材料和功能材料层出不穷,同时由于增材制造技术自身的低成本、生产周期短、可制造精密复杂结构的特性,两者得到了完美的结合。由于吸能结构在众多研究领域中得到广泛的关注,几乎所有的主要行业都在享受着吸能结构所带来的好处。因此,本文旨在对吸能结构的各种晶格形态、设计和增材制造技术进行全面综述。此外,本文还介绍了该结构的优越性能、应用和面临的挑战。     

双面梯度多角薄壁结构的吸能特性

梯度厚度和多折角设计是提升薄壁结构吸能效率的两种有效策略,将这两种策略联合,提出了具有双面梯度厚度的多角薄壁结构(包括方管和非凸多角管),并对其在轴向冲击下的力学行特性进行了理论分析,推导了该结构的平均撞击力理论模型。基于显示非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对该结构进行了仿真实验研究,且仿真实验结果与理论预测值有较好的一致性。实验结果表明:增加折角数和提升厚度梯度均可有效提升管件的吸能效率。作为梯度厚度策略与多角薄壁结构的联合,具有双面梯度厚度的非凸多角管相比传统均匀厚度的方管在比吸能上提高148%～205%,充分展现了这种联合策略在提升薄壁结构耐撞性方面的高效性。