近日，阚前华教授研究小组在4D打印形状记忆点阵结构力学性能调控研究上取得重要进展，相关工作以“Adjustable mechanical performances of 4D-printed shape memory lattice structures”为题发表在材料科学领域TOP期刊《Composite Structures》（IF：6.3）。西南交通大学力学与航空航天学院2021级硕士研究生董昱为第一作者，阚前华教授和中国工程物理研究院李建副研究员为共同通讯作者，合作者还包括西南交通大学陈开卷特聘副研究员、刘虎教授和梁志鸿博士。
图1 论文首页
点阵结构因其出色的力学特性被广泛应用于航空航天、载运工具、生物医学等领域。然而，传统点阵结构在完成制备后，构件的形状、功能和性能无法发生灵活、可控转变，这一因素显著制约点阵结构的实际应用。4D打印技术以3D打印技术为载体，与智能材料相结合，突破上述限制，赋予3D打印对象在特定刺激下自适应改变的能力。4D打印点阵结构将结构优化设计与智能材料的刺激-响应特性相结合，使结构具有可编程、可重构和自适应功能，这对于性能可调控、可变结构设计等领域具有重要意义。
然而，目前可编程点阵结构性能调控研究主要集中于实验分析，重点讨论在编程前后结构的性能差异，而对于性能转变机理的研究还比较匮乏。同时，团队在前期研究中发现，通过热-机械加载的形状记忆编程方法往往会对基体材料性能产生不可忽视的影响。然而，相关的性能调控研究通常忽略了上述因素，只关注到结构的转变，这势必会对结构性能调控产生干扰。
鉴于此，我们考虑热-机械历史对基体材料力学性能的影响，通过系统的实验与有限元分析，详细讨论了在不同编程应变下编程态点阵结构拉伸模量、泊松比的转变。同时，结合有限元模型对编程态点阵结构的变形行为进行分析，阐明了结构性能转变机理，为性能可调控结构设计与优化进一步提供了参考。
图2 研究概要
该研究受到了国家自然科学基金(Nos.:12102411; 12072295)、四川省应用基础研究项目(Nos.:2022NSFSC0435; 2022NSFSC1957)、中国工程物理研究院研究基金(No.:TCGH04142022YZL03)和中央高校基本科研业务费专项基金(No.:2682023CG004)的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2024.117971
