使用BCC晶格模型评估三明治结构在横向载荷作用下的行为

《Next Research》：ASSESSMENT OF STRUCTURAL BEHAVIOUR OF SANDWICH USING BCC LATTICE UNDER TRANSVERSE LOADING

微晶格结构在单向压缩载荷下的力学性能及有限元分析研究。采用BCC和增强BCC四种单元胞结构，通过1D梁和3D实体有限元模型对比分析，发现BCC结构在机械性能、形状适应性和可回收性方面表现更优，验证了其在轻量化航空结构中的应用潜力。

　　

罗普桑迪普·班米迪（Roopsandeep Bammidi）| 杜尔加普拉萨德·凯利（Durgaprasad Kelli）| 桑托什·库马尔·杜巴（Santhosh Kumar Dubba）| 斯里拉穆卢·多卢鲁（Sreeramulu Dowluru）| 穆达达·文卡特什（Muddada Venkatesh）| 萨蒂什·库马尔·阿达帕（Sathish Kumar Adapa）| 纳拉亚纳·图拉利（Narayana Turali）| 苏雷什·莫达拉瓦拉萨（Suresh Modalavalasa）

印度斯里卡库拉姆（Srikakulam）特卡利（Tekkali）阿迪蒂亚技术与管理学院（Aditya Institute of Technology and Management）机械工程系，邮编532201

摘要

由于微晶格结构具有出色的能量吸收性能、防火性能以及在飞机结构中的应用潜力，本研究对其进行了探讨。通过仿真分析了四种不同体心立方（BCC）微晶格单元在单轴压缩载荷下的行为。利用有限元分析（FEA）方法，通过一维梁模型和三维实体模型研究了强度和结构变形的变化。实验结果表明，BCC结构在重复使用后仍能保持优异的机械性能、形状灵活性和可回收性。为了验证这一观点，开发了用于估算塑性变形和弹性模量的经验公式，并将其结果与FEA分析结果进行了对比。研究结果证实了BCC微晶格结构在轻量化且结构坚固的飞机制造中的潜力，其在不牺牲结构完整性的前提下具有较高的强度和刚性。

部分内容

引言

超轻质蜂窝结构和晶格结构因其卓越的机械效率、高比强度和能量吸收特性而备受关注。这些工程材料非常适合汽车、航空航天和国防领域，在这些领域中，减轻重量同时不损害结构性能至关重要，因为它们具有出色的刚度重量比[1,17,18]。机械特性、相对密度之间的关系……

使用BCC对微晶格结构进行建模

微晶格结构由体心立方（BCC）架构构成，具有特定的几何尺寸和两种设计类型。图1b展示了20×20×20mm3的正视图和三维模型（图1a）。模型中加入了板材，以确保晶格结构受到均匀的载荷分布，并准确模拟单轴压缩下的实际边界条件。这种方法有助于降低局部应力。

结果与讨论

本研究的目的是利用实体元素和梁元素创建的FE模型来测定微晶格结构在单轴压缩载荷下的压缩行为。载荷是模型的输入参数，而载荷方向上的位移则是模型的输出结果。通过将施加的载荷除以晶格单元结构的截面积，可以计算出相应的载荷值。

结论

研究表明，利用梁元素和实体元素进行的有限元分析可用于研究不同单元格边长下的BCC结构及改进型BCC结构的单轴压缩性能。与梁元素模型相比，实体元素模型提供了更可靠的近似结果。实体元素模型的结论与实验结果一致。在节点附近区域，观察到明显的……

伦理声明

本研究中未涉及任何作者参与的人体或动物实验。

作者贡献声明

罗普桑迪普·班米迪（Roopsandeep Bammidi）：概念构思、方法论、正式分析、数据调查、初稿撰写、可视化。

杜尔加普拉萨德·凯利（Durgaprasad Kelli）：方法论、软件开发、验证、正式分析、数据整理、审稿与编辑。

桑托什·库马尔·杜巴（Santhosh Kumar Dubba）：软件开发、数据调查、资源协调。

斯里拉穆卢·多卢鲁（Sreeramulu Dowluru）：方法论、验证、审稿与编辑。

穆达达·文卡特什（Muddada Venkatesh）：正式分析、可视化、审稿与编辑。

萨蒂什·库马尔·阿达帕（Sathish Kumar Adapa）：项目统筹。

数据获取本研究使用和/或分析的数据集可向相应作者提出合理请求后获取。

未引用参考文献

[11]

作者贡献声明

罗普桑迪普·班米迪（Roopsandeep Bammidi）：初稿撰写、概念构思。

杜尔加普拉萨德·凯利（Durgaprasad Kelli）：数据调查。

桑托什·库马尔·杜巴（Santhosh Kumar Dubba）：审稿与编辑。

斯里拉穆卢·多卢鲁（Sreeramulu Dowluru）：方法论。

穆达达·文卡特什（Muddada Venkatesh）：软件开发。

萨蒂什·库马尔·阿达帕（Sathish Kumar Adapa）：审稿与编辑。

纳拉亚纳·图拉利（Narayana Turali）：数据验证。

苏雷什·莫达拉瓦拉萨（Suresh Modalavalasa）：审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明：他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。