减轻结构重量,提高结构效率一直是工程设计中迫切需要解决的问题。从设计角度来看,有提高结构效率有两种思路:(1)替换材料(2)改变结构构型。点阵结构是由一系列单独元件通过接头连接起来的网络状几何结构,组成元件主要承受轴向载荷。可以通过将材料分配到局部的离散元件提高结构承载效率(例如可以将材料分配远离弯曲轴线或扭转轴线的位置,来提升弯曲刚度和扭转刚度)。
将复合材料应用于点阵结构同样具有很强的优势:复合材料因其各向异性,具有很强的可设计性,可以通过铺层设计使主要轴向承载元件的性能最大化。将复合材料与点阵结构构型相结合,可以达到意想不到的高结构效率。
近年来有关复合点阵结构的研究兴趣增多,但到目前为止,其在工业设计中的应用仍受到很大限制。主要原因是复合材料点阵结构的元件组装、连接异常困难。
广义上讲,复合材料点阵结构的制造方法有两种。第一种传统的制造方法中,点阵元件是预先制作好的,然后组装成点阵结构体。这种方法制作的点阵结构相邻元件之间的接头处纤维存在不连续。第二种方法使用更先进的制造技术来同时成型点阵元件和几何体,如连续纤维增材制造。后一种方法可使相邻元件之间的纤维保持一定的连续性,并可以大大减少或消除复合材料连接件。然而,这种方法也同样面临自身的挑战。例如,在开放点阵几何体中使用复合材料会使构件难以固结。如何有效地制造这些复合材料点阵结构是充分释放点阵结构潜力的关键问题。
年,在新一期的《CompositeStructures》期刊上,刊出了英国布里斯托大学有关复合材料点阵结构的综述文章《Areviewof
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