增材制造三重周期极小曲面蜂窝芯层夹层复合材料的力学性能

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夹层复合材料由低密度芯层（通常为蜂窝结构）和面板组成，广泛应用于海洋和航空航天等需要轻量化设计的领域。本研究探讨了采用三重周期极小曲面（TPMS）蜂窝结构作为夹层复合材料芯层的可行性。采用碳纤维增强复合材料（CFRP）面板和三种不同的304L不锈钢芯层结构（传统蜂窝、陀螺面TPMS和钻石面TPMS）制造夹层结构。通过边缘压缩、三点弯曲和冲击三项力学测试评估各夹层构型的性能。边缘压缩测试结果表明，用陀螺面芯层替代蜂窝芯层时，极限压缩强度提高7%；用钻石面芯层替代时降低2%。三点弯曲测试显示，传统蜂窝芯层夹层结构的剪切屈服应力更高，采用非传统芯层时剪切屈服应力降低54%；剪切极限应力分别降低41%和37%。冲击测试结果表明，采用非传统芯层时，冲击峰值力下降，吸能能力提升；用陀螺面和钻石面芯层替代蜂窝芯层时，峰值力分别降低28%和39%，吸能能力分别提高9%和16%。研究结果表明TPMS结构在冲击吸能性能上具有优势，为夹层复合材料芯层设计提供了新的思路。

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