近日，刘虎教授研究小组在轻质结构研究上取得重要进展，相关工作以“Yield surface of multi-directional gradient lattices with octet architectures”为题发表在力学领域期刊《International Journal of Plasticity》（IF：9.4）。西南交通大学力学与航空航天学院2022级硕士研究生岳磊为第一作者，刘虎教授为通讯作者，合作者还包括西南交通大学康国政教授、阚前华教授和成正强老师。
图1 论文首页
具有优异力学性能的轻质结构具有巨大的应用潜力，这在埃菲尔铁塔以及亚洲和欧洲的纪念性建筑中得到了证明。蜂窝，管，泡沫填充管和晶格结构等轻质结构已广泛应用于吸能结构和缓冲装置。然而，以往对梯度晶格结构的研究主要集中在单向或双向梯度拓扑上且只关注能量吸收和耐撞性，而没有报道梯度晶格的屈服行为。
因此，本研究建立了一种描述梯度轻质结构有效弹性性能和屈服面的理论方法。本研究的理论方法不受单元格数量和梯度大小的限制。通过调整相应的变形假设、应变(或应力)局部化张量和结构参数，可以将理论推导的方法和概念推广到其他类型的单元格。同时，提出了一种多向梯度晶格结构的构建方法，并以新型的三向梯度octet晶格(TD-GLs)为例，通过理论、实验和有限元研究，系统地分析了其有效弹性性能和屈服面。本研究的主要结论如下:
(1)、通过TD-GLs对提出的理论方法进行了验证。推导的理论公式能够准确预测TD-GLs的有效弹性模量，所提出的塑性屈服函数模型能够有效地描述和预测TD-GLs的屈服响应。此外，该模型可以更好地突出结构拓扑特征对屈服行为的影响，而忽略了相对密度的影响。该理论方法填补了梯度轻质结构屈服面研究领域的空白。
(2)、与均匀octet晶格、单向(UGL)和双向(DGL)梯度octet晶格相比，TD-GLs的有效弹性模量分别提高了48.80 %、33.51 %和22.89 %。此外，TD-GLs在各个方向上都表现出全面增强的屈服性能。综上所述，本研究提出的多向梯度晶格构建方法可以显著提高轻质结构的承载能力和屈服性能。
图2 研究概要
该研究受到了国家自然科学基金(Nos.:12393782)、四川省自然科学基金(Nos.:23NSFSC0808和24NSFSC7273)、中央高校基本科研业务费专项资金(2682023CG004和2682023CX056)和牵引动力国家重点实验室开放项目(Nos.:2023TPL-T03)的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2024.104140
