机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (14): 138-149.doi: 10.3901/JME.260748
李国举1,2, 张越翔1, 王晓璐1,3, 凡瑜1, 张昕喆1,3
LI Guoju1,2, ZHANG Yuexiang1, WANG Xiaolu1,3, FAN Yu1, ZHANG Xinzhe1,3
摘要: 钛合金体心四方(Body-centered tetragonal,BCT)点阵结构具有高比强度、高比刚度以及优异的吸能特性,在航空航天轻量化承压部件上应用广泛,但在节点处容易发生断裂失效风险。为了克服BCT点阵结构在增材制造过程中因表面缺陷而引起的力学性能差异,需要对微支柱力学本构参数进行识别,以实现节点区域抗压性能的高精度仿真优化设计。采用有限元法对常规BCT点阵结构节点区域在准静态压缩下的变形失效模式进行了系统分析,并进一步针对承压性能较为薄弱的节点连接区域进行了加强结构优化,探究加强区域结构参数对点阵结构力学性能的影响。研究结果表明:在压缩过程中胞元的节点连接处为应力集中区域,并随着该区域的断裂,点阵结构呈现出斜向60°的坍塌带。当对节点处进行区域加强后,中间层胞元的最外侧节点区域因为较少的支撑而率先开裂,整体失效形式转变为横向沉降式坍塌。当节点加强区域的长度为0.8 mm、直径为0.75 mm时力学性能最优,其比弹性模量相较于常规BCT点阵结构增加了349.57%,比极限强度提升了102.26%,表明节点加强设计可显著提升点阵结构的承压性能,为航空航天领域中轻量化承压部件内部点阵结构优化提供理论依据和设计参考。
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