3D打印PLA正/负泊松比结构设计及其转变机制研究

发布时间：2022-07-11 12:29

　　具有正/负泊松比转变效应的二维点阵结构,称为正/负泊松比转变结构,即通过轴向压缩将引起整体结构面内局部失稳进而产生由正泊松比结构转变为负泊松比的结构。本文中,我们设计了一种正/负泊松比转变结构,利用对结构材料基体弹性模量和空心率的设计,可以对正/负泊松比转变临界载荷进行计算和控制。轴向压缩产生变形时,二维点阵结构的每个单元体产生压缩变形并由于力学耦合效应和应力集中产生面内局部失稳。这些单元体的失稳极限载荷由材料基体的弹性模量和单元体的空心率控制,因此整体结构正/负泊松比转变临界载荷会不断变化。而由于聚乳酸（PLA）材料基体的热力学特性,可以对打印后的二维点阵结构进行不同温度环境下压缩,从而便于进一步调整材料基体的力学参数进而调整整体结构的正/负泊松比转变临界载荷,包括对整体结构面外弯曲、结构破坏极限载荷的预警。另外,利用Abaqus数值仿真模拟计算分析了这些二维点阵结构的轴向压缩过程。最后,我们参照静电场和引力场模型建立了整体结构的理想化数学模型并推导了整体结构平面应力状态,并使用弹性力学理论和材料力学理论分析了正/负泊松比转变效应发生前后的整体结构平面应力计算方法。本文第三章,主要介... 

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 形状记忆聚合物
        1.1.1 形状记忆聚合物的概念
        1.1.2 形状记忆聚合物工作机理
        1.1.3 形状记忆聚合物的应用与3D打印技术
    1.2 负泊松比结构
    1.3 对于负泊松比结构在国内外的研究现状分析
    1.4 国内外文献综述的简析
第2章 实验材料与设备及实验研究方法
    2.1 引言
    2.2 实验材料与仪器设备
        2.2.1 实验材料
        2.2.2 实验仪器与设备
    2.3 课题研究方案
    2.4 实验件制备
        2.4.1 3D打印技术概述
        2.4.2 3D打印流程及打印参数的设定
        2.4.4 打印试样精度与误差分析
        2.4.5 对打印设备的改进维护
    2.5 材料性能测试方法
        2.5.1 拉伸压缩实验
        2.5.2 形状记忆性能测试
第3章 二维点阵结构设计与有限元模拟
    3.1 引言
    3.2 二维点阵结构的几何模型设计
    3.3 有限元模拟与分析
    3.4 有限元模拟数据分析
        3.4.1 模型的建立与参数设定
        3.4.2 有限元模拟数据处理和分析
    3.5 材料性能测试
    3.6 本章小结
第4章 二维点阵结构轴向压缩实验与有限元模拟
    4.1 引言
    4.2 压缩过程中泊松比的测量
    4.3 正/负泊松比转变必要条件
    4.4 各向异性材料基体Abaqus数值仿真模拟
    4.5 本章小结
第5章 正/负泊松比转变结构整体平面应力理论分析
    5.1 引言
    5.2 数学模型的建立
        5.2.1 整体结构应力分析数学模型建立
        5.2.2 孔边局部单元附近应力分析数学模型建立
    5.3 正/负泊松比转变效应发生后数学模型建立
    5.4 正/负泊松比转变结构数学模型中待定系数求解
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3658165