軽量耐熱荷重支持構造設計のための格子機械特性の評価

耐熱性の荷重支持部品は航空機に一般的であり、軽量および機械性能に高い要求があります。格子トポロジー最適化は高い機械特性を達成し、軽量設計を得ることができます。格子トポロジー最適化法を使用する際は、適切な格子の選択が重要です。構造部品が耐える特定の応力環境に適した格子構造を選ぶことにより、構造の機械的特性を最適化できます。金属格子構造は優れた一方向の荷重支持性能を示し、三重周期最小表面（TPMS）多孔質構造は多スケールの自由な設計を満たすことができます。両方の格子タイプはユニークな利点を提供できます。そのため、体心立方格子（BCC）、Zストラットを持つBCC（BCCZ）、ハニカムの3種類の金属格子と、ジャイロイド、原始的、I-Wrapped Package（I-WP）の3種類のTPMS格子を固体シェルと組み合わせて設計しました。各々は高い相対密度（40%、50%、60%、70%、80%）で設計されており、工学実践に直接使用できます。すべての試験標本は、Inconel 718スーパーストップ合金を材料として選択的レーザー溶融（SLM）技術で製造され、静的引張試験が行われました。私たちは、ハニカム試験標本が評価されたすべての構造の中で最も優れた強度、靭性、および剛性特性を示すことがわかりました。これは、航空機内の耐熱性、一方向の荷重支持構造の格子トポロジー最適化設計に特に適しています。さらに、私たちは興味深い現象も見つけました。それは、原始的およびハニカムの多孔質試験標本の靭性が相対密度70%から80%、および50%から60%で突然増加することです。この現象はその構造特性によるものです。指数値nの範囲と多孔質構造の変形法則に基づいて、多孔質構造は指数値nが0.55のときに伸張支配の変形挙動を示し、0.3 < n < 0.55のときに伸張-曲げ支配の変形挙動を示すことも結論付けました。この研究は、格子トポロジー最適化設計で適切な格子を選択するための設計基盤を提供できます。