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仿生波紋夾層結構(BCSS)因其優異的抗衝擊性能、吸能效能和優異的承載能力而被廣泛應用於航天、航空和軍事領域。然而，由於夾層結構具有複雜的幾何特性，為了滿足更高的效能要求，擴大夾層結構的應用領域，必須首先考慮夾層結構的製造方法和失效機理。該類結構的結構特點複雜，用傳統的製造工藝很難整體制造，透過粘接或焊接形成的接頭容易產生損傷。相比之下，鐳射粉末床熔融工藝(LPBF)作為一種典型的粉末床金屬增材製造技術，可以藉助增材支撐結構，製造任何用傳統制造方法難以或不可能製造的複雜形狀的零件。
此外，波紋夾層結構在載荷作用下的破壞機制對結構力學效能的評價和預測有很大的影響。然而，在過去的幾十年裡，許多研究集中在傳統夾層結構在壓縮、衝擊、疲勞和彎曲載荷下的失效模式和失效過程。然而，LPBF製造的仿生夾層結構在彎曲載荷作用下的失效機理尚未得到系統的研究。
近日，華中科技大學Liang Meng（第一作者）、Hao Li（通訊作者）等人在《Composite Structures》期刊上發表了題為《Failure analysis of bio-inspired corrugated sandwich structures fabricated by laser powder bed fusion under three-point bending》研究文章。該項研究基於東方龍蝨鞘翅的微觀結構設計了一種複雜的仿生夾層結構，並透過鐳射粉末床熔融工藝採用霧化鈦合金粉末材料進行結構製備，透過理論推導，研究了LPBF製造不同結構引數的仿生夾層結構失效機理。透過實驗和有限元分析驗證了理論模型的準確性，並詳細分析了結構在彎曲載荷作用下的破壞過程。
圖1 基於東方龍蝨鞘翅的仿生夾層結構設計
圖2 (a)鐳射粉末床熔融工藝示意圖，(b)三維模型切片工藝示意圖
圖3 鐳射粉末床熔融工藝製造的仿生夾層結構
圖4 三點彎曲試驗及有限元模型
圖5 不同結構引數的仿生夾層結構失效過程及有限元預測結果
圖6 不同仿生夾層結構的最終失效模式
仿生波紋夾層結構建模軟體BCSS
複合材料力學公眾號開發的論文同款軟體
原始文獻：Meng L , Lan X , Zhao J , et al. Failure analysis of bio-inspired corrugated sandwich structures fabricated by laser powder bed fusion under three-point bending[J]. Composite Structures, 2021, 263(1):113724.
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