铝基三周期极小曲面多孔超材料的力学性能与能量吸收机制研究

《METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE》：Mechanical Properties and Energy Absorption Capabilities of Aluminum-Based Cellular Metamaterials with Triply Periodic Minimal Surfaces

本研究通过选择性激光熔化技术制备了八种铝基TPMS结构超材料，系统评估其变形行为与能量吸收能力。采用Gibson-Ashby模型量化等效弹性模量和屈服强度，发现F-RD(r)结构和增厚壁材能显著提升力学性能与能量吸收效能，为高性能轻量化超材料设计提供新范式。

　　

金属蜂窝超材料因其轻质特性、多功能性和独特微观结构备受关注。本研究采用铝粉为原料，通过选择性激光熔化（Selective Laser Melting）技术制备了八种三周期极小曲面（Triply Periodic Minimal Surface, TPMS）结构超材料，包括Fischer–Koch C(Y)、Diamond、F-RD(r)、Gyroid、Costa、I-WP、Neovius和Primitive。研究人员系统评估了这些材料的变形行为与能量吸收能力，并运用Gibson–Ashby理论框架量化其等效弹性模量和屈服强度。结果表明：桁架结构和壁厚共同影响样品力学性能，其中F-RD(r)蜂窝超材料展现出卓越的弹性模量、平台应力和能量吸收能力，而壁厚增大的TPMS结构超材料则具有更优异的综合力学性能与能量吸收特性。该研究为设计高强度轻量化铝基超材料提供了创新策略。