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著述导读

点阵结构以轻质、高比机械性能和高筹画纯真性为特色，已在航空航天、汽车工程等限度获得平淡应用。然而，点阵结构的轻量化筹画往往会在强度和变形雄厚性之间进行衡量。为了措置这个问题，该盘问提议了一种仿生弧线-椭圆 (BCE) 点阵来升迁三维点阵结构的力学性能和变形雄厚性。

盘问历程与截止

作家在文中提议了一种具有椭圆弧线的仿生点阵结构，将高承载智商和强变形雄厚性相并吞。图 1 所示 BCE 点阵结构的设战略略，其中弧线和椭圆特征分裂受到动物脊柱和植物丝瓜瓤花样的启发。沿水平 (yH) 和垂直 (yV) 处所的余弦弧线分裂以红色和蓝色清楚。它们由以下公式给出：

伸开剩余78% 图1. BCE 点阵结构的几何花样：(a) 设战略略，以及 (b) 三个示例。

文中以 AH 示意余弦弧线沿水平处所的弧线幅度，而 AV 示意余弦弧线沿垂直处所的弧线幅度。Ni 示意弧线的波峰数。L0 示意单胞的边长。椭圆的花样和尺寸十足由 Ai 和 Ni 决定，包含弧线和椭圆的二维单胞的尺寸保捏在 10×10 mm。然后将二维单胞旋转90°并并吞，酿成尺寸为 10 × 10 × 10 mm 的三维胞元。包含 3 × 3 × 3 单胞阵列的点阵试样尺寸为 30 × 30 × 30 mm。图 1b 刻画了 BCE 点阵的三个示例，分裂示意为 BCENH1V1、BCENH2V2 和 BCENH3V3，其中 BCENH3V3 示意 NH =3 和 NV =3 的 BCE 点阵，以此类推。

为了考证所提议的 BCE 点阵结构的上风，劝诱了具有疏通相对密度 (8%) 的传统蜿蜒主导点阵结构 (CirC 和 BCC) 和传统拉伸主导点阵结构 (Octet)，并与 BCE 进行了比较，如图2所示。BCENH2V2 结构在保捏相对较高的应力反映的同期，呈现离域变形模式。在压缩历程中莫得不雅察到应力片刻下跌。与传统结构比拟，它同期具有高 SEA 和高 CFE 的优点。压缩性能的升迁归因于 BCE 点阵结构的椭圆梁和蜿蜒梁组件之间的互相作用，导致在压缩历程中酿成更多的塑性搭钮和更均匀的应力散布，从而有用地诳骗材料，产生雄厚的应力反映。BCENH3V3 结构进展出典型的拉伸主导的应力反映。它的特色是在弹性阶段应力赶快加多，呈现高刚度和高启动峰值应力。如图 2a 所示，BCENH3V3 的比刚度与 CirC 和 Octet 比拟分裂升迁了 287.7% 和 57.1%。上述变形机制导致 BCENH3V3 结构的启动屈服应力较高，但 CFE 较低，标明变形雄厚性较差。尽管如斯，与传统的以拉伸为主的结构 Octet 比拟，BCENH3V3 进展出不凡的能量罗致性能。尽管其变形模式的特色是逐层坍弛，但变形散布并不像 Octet 结构那样并吞。在 BCE 结构崩溃工夫，不同层级的组件参与承载，从而导致更高的举座应力反映。

图2. BCE 点阵与其他点阵结构的比较：(a) 压缩性能方针；(b) 应力-应变弧线；(c) 变形模式。盘问转头

本文提议了一种仿生弧线-椭圆点阵结构，以增强三维点阵结构的力学性能和变形雄厚性。不错得出以下论断：

(1) 本文所提议的具有不同几何参数的 BCE 结构进展出不同的变形模式。通过调节弧线波纹的数目和幅度，不错已毕雄厚的离域变形模式，幸免在压缩历程中发生灾祸性的坍弛。所提 BCE 的 CFE 高于 Octet、CirC 和 BCC，分裂升迁了 34.9%、5.9% 和 15.8%。

(2) 本文所提议的 BCE 结构在 SEA 和比刚度方面进展出较高的性能。BCE 的 SEA 高于 Octet、CirC 和 BCC，分裂加多了 48.5%、80.9% 和 297.6%，比刚度分裂升迁了 57.1%、287.7% 和 1516.9%。值得遏制的是，BCE 结构不错在稳当的几何参数下同期已毕 SEA 和比刚度的增强。

(3) 波纹的数目 N 和幅值 A 是影响 BCE 结构压缩性能的进击参数。从参数分析截止来看，BCE 结构的变形模式对垂直相沿的波纹幅值和水平相沿的波纹数目最明锐。

要而言之，本文所提议的 BCE 点阵结构进展出优异的压缩性能和可控的变形模式，为筹画高性能点阵结构提供了新的道路。

原文信息

Guo, Z.; Yang, F.; Li, L.; Wu, J. Bio-Inspired Curved-Elliptical Lattice Structures for Enhanced Mechanical Performance and Deformation Stability. Materials 2024, 17, 4191. https://doi.org/10.3390/ma17174191

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