[發明專利]一種在增材制造中增強五模超材料兩相材料結合力的方法

有效

• 申請號: 201811248481.2
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN109531992B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 宋波;張磊;史玉升
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;B29C64/20;B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

1.一種在增材制造中增強五模超材料兩相材料結合力的方法，其特征在于，該方法用于克服兩相五模超材料點陣結構的微單胞金屬與非金屬材料界面處存在穩定性差、易受到波動能量的干擾而出現第二相介質滑落、松垮的現象導致聲學效果控制不理想、綜合力學性能表現差的缺陷；該方法包括下列步驟：

(a)對于由多個周期或非周期性排列的六邊形微單元組合成的蜂窩狀結構的待處理五模超材料，獲取該五模超材料中六邊形微單元的邊長和壁厚，然后設定該五模超材料的密度和模量參數值，調整所述六邊形微單元的尺寸和壁厚，使得所述蜂窩狀結構的實際密度和模量參數趨近于所述設定值，以此獲得所述六邊形微單元新的尺寸和壁厚；

(b)在每個所述六邊形微單元相鄰邊的薄壁連接處，金屬相與非金屬相的交界面設置卡槽，該卡槽的開口方向朝向所述六邊形微單元的中心，同時，所有所述薄壁連接處的卡槽關于所述六邊形微單元的中心對稱；

(c)對所述卡槽的尺寸賦予初始值，根據該初始值計算所述蜂窩狀結構的能帶曲線，調整所述卡槽的尺寸的初始值使得所述能帶曲線中本征頻率的壓縮波波速和剪切波波速等于預設值，以此獲得的尺寸值為所述卡槽的尺寸；

(d)根據步驟(a)中獲得的所述六邊形微單元新的尺寸和壁厚和步驟(c)中獲得的所述卡槽的尺寸建立所述五模超材料的三維結構模型，采用增材制造的方法成形所述三維結構模型，以此獲得所需的五模超材料零件。

2.如權利要求1所述的一種在增材制造中增強五模超材料兩相材料結合力的方法，其特征在于，在步驟(a)中，所述設定的五模超材料的密度和模量參數值分別為1.0×10³kg/m³和[2.25,2.25,0；2.25,2.25,0；0,0,0]。

3.如權利要求1所述的一種在增材制造中增強五模超材料兩相材料結合力的方法，其特征在于，在步驟(b)中，所述卡槽的形狀為方形或三角形。

4.如權利要求1所述的一種在增材制造中增強五模超材料兩相材料結合力的方法，其特征在于，在步驟(c)中，所述壓縮波的波速的計算公式按照下列表達式：

c_B＝((B+4G/3)/ρ^eff)^1/2

其中，c_B是壓縮波的波速，B是體積模量，G是剪切模量，ρ^eff是五模超材料的實際密度，B/G100。

5.如權利要求1所述的一種在增材制造中增強五模超材料兩相材料結合力的方法，其特征在于，在步驟(c)中，所述剪切波的波速計算公式按照下列表達式：

c_G＝(G/ρ^eff)^1/2

其中，c_G是剪切波的波速，G是剪切模量，ρ^eff是五模超材料的實際密度。

6.如權利要求1所述的一種在增材制造中增強五模超材料兩相材料結合力的方法，其特征在于，在步驟(c)中，所述壓縮波波速和剪切波波速的預設值為1500m/s和0m/s。

7.如權利要求1-6任一項所述的一種在增材制造中增強五模超材料兩相材料結合力的方法，其特征在于，在步驟(d)中，所述采用增材制造的方法成形所述三維結構模型按照下列步驟：

(d1)選取五模超材料的金屬相的材料，采用激光選區工藝成形所述五模超材料中的金屬相；

(d2)采用機加工或電化學腐蝕的方式去除步驟(a)獲得的金屬相表面的毛刺；

(d3)選取非金屬相的材料，采用熔融沉積成形的方式在所述金屬相上成形所述非金屬相，由此完成所述增材制造。