《微點陣結構力學性能及其尺寸效應研究》是依託哈爾濱工業大學，由王兵擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微點陣結構力學性能及其尺寸效應研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王兵
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微點陣結構是一種規則的周期性開孔類超輕多孔結構，不僅力學性能優異，且在電磁、光學、聲學、吸能等方面也有著不可思議的特殊能力，所以微點陣結構的套用潛力十分廣泛。但是由於微點陣結構幾何尺寸的微小化，其力學性能與巨觀點陣結構的力學性能有著很大的不同。本項目擬用兩步法製備一類尺寸跨越6個數量級的空心桿三維微點陣結構並研究其力學性能的尺寸效應。研究內容包括：開發三維微點陣結構的低成本、高效率製備技術；考慮尺寸效應的前提下，理論、數值和試驗相結合研究三維微點陣結構力學性能，並探究其力學性能的尺寸效應影響機制，得到微點陣結構在微納米尺度下的變形機理及破壞模式；設計並製備出力學性能優異的三維微點陣結構。通過本項目的研究可為人們對微點陣結構認識和未來該結構的套用奠定堅實的基礎。
結題摘要
微點陣一般指特徵尺寸達到微米量級（100微米以下）或更小的點陣材料。和常規點陣相比，這類點陣由於其尺度因素能擁有較大的比表面積，從而和其他微納多孔材料一樣，具有某些特殊功能套用潛力。該類結構繼承了巨觀點陣的結構特點，並且往往採用多級設計的思想，因而在超低密度下也能具有相對較高的比性能。但從另一個角度說，這種可設計性及小尺度化的優勢也伴隨著一個困難，及如何解決更加複雜的多參數設計問題，尤其是當考慮某些微納米效應之後，經典理論及分析方法往往很難用於該類材料。對上述問題，實驗方面，本項目開發了三維微點陣結構的低成本、高效率製備技術。通過DLP（數字光處理照射成型技術）技術製備出不同拓撲構型和不同相對密度聚合物微點陣結構，然後用化學鍍的方法以聚合物微點陣結構為犧牲模，製備出了各種材料的空心桿點陣結構。 此外，理論方面，本文以一種“從桿件到結構”的研究方式，將結構的巨觀彈性性能相關參數表征為單個桿件的抗拉、抗彎、抗剪剛度和結構參數（長細比、面芯角等）的函式，建立了一個由桿件性能映射多種點陣結構等效彈性性能的公式體系。以該體系為基礎進行了於微納米點陣材料的研究，從分析單梁的拉壓和彎曲性能入手來分析由這些梁的構成的點陣結構的相關性能。從而一方面探討了幾個在微納米尺度較為重要的理論，包括偶應力理論和表面彈性理論等對結構的影響；另一方面關注了如何從相關簡單結構的數值化研究（實驗，分子模擬等）中獲取尺寸相關參數並且將這些參數套用於點陣結構分析。從而了解這些尺寸效應參數及結構參數對微納點陣彈性性能的影響，修正點陣剛度設計準則使其適用於微納點陣體系,並討論了可能超低密度下的“超剛”點陣材料。
