基于预应力驱动的嵌套互锁机制设计，以增强采用增材制造技术制成的新型复合格构结构

《COMPOSITE STRUCTURES》：Design of pre-stress driven nested interlocking mechanism to enhance the novel assembled composite lattice structure with additive manufacturing

　　

张龙|谢志豪|唐健|任一 ru|江宏勇

摘要

本研究系统地探讨了一种基于预应力驱动的嵌套互锁机制的新型次级承力格构结构。通过迭代结构设计，提出了三种类型的次级承力格构结构。所有试样均采用增材制造技术制备，并通过过盈配合组装成一体化的三维格构结构。进行了准静态压缩试验和失效特性分析，以研究其机械响应、失效模式和能量吸收性能。结合有限元仿真，进一步明确了格构结构内部的应力分布、变形行为和失效机理。结果表明，与传统的结构相比，该设计具有72.76%更高的比能量吸收率和87.36%更高的承载能力。此外，阐明了预应力诱导的互锁增强机制：桥桁架的嵌套互锁作用能够调节载荷传递路径并抑制不稳定的变形。对比了跨层连续/非连续组装方式的影响，发现连续组装方式具有更优良的结构完整性。最后，系统研究了关键结构参数（倾斜杆的角度、桁架的厚度以及夹紧槽的尺寸）对失效模式和机械性能的影响。本研究为高性能三维复合格构结构的可控设计和制造提供了宝贵的设计指导。