[发明专利]一种节点增强型点阵结构

说明书

本发明公开了一种节点增强型点阵结构，包括多个周期性重复排列的点阵单胞；所述点阵单胞包括多个空间分布的球形节点和连接于所述球形节点之间的杆体；本发明应用球形节点于现有的点阵结构中，并且通过圆角连接不同杆，实现杆结构平滑过渡，提高点阵结构的力学性能。

技术领域

本发明涉及材料结构技术领域，尤其涉及一种点阵结构。该点阵结构包含多个周期性重复排列单元，以其轻质、高强、开孔特性，表现出优良的力学等其他功能特性。

背景技术

当前，随着我国航天、车辆的迅速发展，轻量化设计需求日趋强烈。在保证性能和安全的前提下，轻量化设计可以有效节省燃料，是提高行程的有效途径。点阵结构由周期性规律单胞组成，具有高比强度、比刚度、低相对密度以及一些特殊功能性(如阻尼减震、能量冲击吸收)。将点阵结构应用到航空航天、汽车等领域，有着巨大的潜力。如专利CN201810419644.2-一种周期复合结构点阵材料公布了一种具有减振、隔震的周期性复合点阵结构，专利CN201810615351.1-一种轻质空间点阵结构公布了一种具有高强度的轻量化空间点阵结构。这些点阵结构都是杆系结构，通过目前杆系点阵结构的压缩响应来看，破坏表现为整体滑移、局部变形，结构失效集中于节点处，连杆弯曲变形。如何解决节点处首先破坏，提高点阵结构的力学性能是一个亟待解决的问题。对此，专利CN201510229244.1-变截面金属点阵结构及其加工方法公布了一种通过截面渐变的手段来改变节点处受力状态，提高点阵结构的轻质特性。但是由于其截面改变，考虑到制造加工的误差，在杆较细的地方制造误差更大，反而削减了点阵结构的力学性能。

发明内容

本发明的目的是为了保证点阵结构的节点处的稳定可靠性，提高点阵结构的力学性能，应用球形节点于点阵结构中，并且通过圆角连接不同杆，实现杆结构平滑过渡，提高点阵结构的力学性能。

本发明的一种节点增强型点阵结构，包括多个周期性重复排列的点阵单胞；所述点阵单胞包括多个空间分布的球形节点和连接于所述球形节点之间的杆体；

进一步，所述杆体与球形节点的连接处通过圆角平滑过渡；

进一步，所述球形节点球径与杆体直径的比例范围为4:3～2:1；

进一步，所述球形节点球径与杆体直径的比例为3:2；

进一步，所述点阵单胞为金刚石点阵结构；

进一步，所述点阵单胞中杆体的杆径为0.18mm，单胞棱长为2mm，球形节点的球径为0.27mm；所述杆体与球形节点之间的圆角直径为0.1mm。

本发明的有益效果为：

1.本发明的点阵结构中，各个杆体之间采用球形节点连接，提高了节点连接的可靠性，从而提高点阵结构的力学性能。

2.本发明的点阵结构中，杆体与球形节点之间采用圆角平滑过渡，实现杆件与节点的柔顺过渡，减少应力集中，从而提高点阵结构的力学性能。

3.本发明点阵结构节点与杆体的分布采用金刚石点阵结构，其承载能力更强，有着更大的比强度、比刚度，提高了其轻量化应用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明：

图1为普通的金刚石点阵结构单胞模型；

图2为采用球形节点的金刚石点阵结构单胞模型；

图3为节点柔顺化处理的点阵结构单胞模型；

图4为经过单胞周期排列得到的金刚石点阵结构的整体结构示意图；

图5为采用球形节点的点阵结构的整体结构示意图；

图6为采用球形节点且经过节点柔顺化处理的点阵结构的整体结构示意图；