Gyroid结构力学性能及数值收敛性研究

作者：蒋创宇; 张保强^*; 陈云; 王存福; 罗华耿; 胡杰翔; 曹龙超

来源：中国机械工程, 2022, 33(23): 2790-2800.

• 三周期极小曲面
• 收敛性
• 力学性能
• 体素化

为了更好地揭示三周期极小曲面(TPMS)结构设计与力学性能参数之间的对应关系，研究了螺旋二十四面体Gyroid结构(GCS)不同网格参数的数值收敛性和不同排列方式的力学性能。设计了体积分数和胞元尺寸固定的GCS试件；基于单元参数变化的体素化模型，使用有限元方法对GCS进行收敛性分析；通过试件拉伸试验验证了仿真的正确性；最后以拉伸和弯曲工况研究了GCS在不同排列形式时的力学性能差异。研究结果表明：仿真分析与试验之间的抗拉强度、极限载荷误差在1.5%以内；基于体素化方法，调整雅可比参数值可显著降低收敛时的单元数量。对变厚度GCS力学性能做了定量分析，拉伸工况中，针对4×4×4结构，其等效弹性模量沿厚度方向变化最大可达14.41%;弯曲工况中，针对20×4×4结构，等效弹性模量最大差距为21.25%。

• 单位
  华中科技大学; 自动化学院; 厦门大学; 武汉纺织大学; 航天学院