IN-SITU HYBRIDIZATION DESIGN AND BEARING CAPACITY OF TPMS

LI Fan; LUO Ketong; LI Jiayao; LIU Peihong; LU Lina; LU Chun

doi:DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.11.008

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IN-SITU HYBRIDIZATION DESIGN AND BEARING CAPACITY OF TPMS

·Design·Calculation· | 更新时间：2025-11-26

- IN-SITU HYBRIDIZATION DESIGN AND BEARING CAPACITY OF TPMS
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 11, Pages: 59-67(2025)
- 作者机构：
  
  1.广西民族大学广西高校环境友好材料及碳中和新技术重点实验室广西先进结构材料与碳中和重点实验室，南宁 530105
  2.广西民族大学材料与环境学院，南宁 530105
- 作者简介：
  
  LU Chun, E-mail: Luchun1024@126.com
- 基金信息：
  
  Guangxi Natural Science Foundation Project-General Project(2021JJA160107);Key R&D Projects in Guangxi(桂科2023AB01050)
- DOI：DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.11.008
  CLC： TQ320.66
- Received：20 January 2024，
  
  Revised：2024-03-22，
  
  Published：15 November 2025
- 稿件说明：
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黎凡，骆科彤，李嘉耀，等. TPMS原位杂化设计与承载性能［J］. 机械强度，2025，47（11）：59-67.

LI Fan，LUO Ketong，LI Jiayao，et al. In-situ hybridization design and bearing capacity of TPMS［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（11）：59-67.
黎凡，骆科彤，李嘉耀，等. TPMS原位杂化设计与承载性能［J］. 机械强度，2025，47（11）：59-67. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.11.008.

LI Fan，LUO Ketong，LI Jiayao，et al. In-situ hybridization design and bearing capacity of TPMS［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（11）：59-67. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.11.008.

摘要

三周期极小曲面（Triply Periodic Minimal Surface

TPMS）多孔结构具有良好的力学性能，且比表面积高，常用于结构设计中。但不同结构之间的杂化及杂化中参数对模型性能的影响未得到充分研究。基于此，对TPMS多孔结构的Diamond和Schwarz P模型进行原位杂化，分析了均偏角，并采用熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling

FDM）制造了一种新型的Diamond/Schwarz P模型，探讨了不同杂化参数下模型的孔隙特性、压缩强度和变形行为。结果表明，不同杂化比例下Diamond/Schwarz P模型的承载性能呈非线性变化，其中原始Schwarz P模型的压缩强度为1.72 MPa，均偏角为48.48°，在以Schwarz P为主的模型中，3∶7的比例下模型表现出最佳承载性能，其压缩强度为2.17 MPa，均偏角为49.36°；原始Diamond模型的压缩强度为5.57 MPa，均偏角为52.06°，在以Diamond为主的模型中，8∶2的比例下模型表现出最佳承载性能，其压缩强度为6.05 MPa，均偏角为52.09°，但在6∶4与7∶3的比例下模型的承载性能出现降低，均偏角减小。在此基础上，用均偏角解释了不同模型承载性能存在差异的原因，并成功预测了8∶2比例下模型的承载性能最佳，论证了参数设计可以精准调节模型的承载性能这一结论。

Abstract

TPMS porous structures possess excellent mechanical properties and high specific surface area

making them commonly applied in structural design. However

the hybridization between different structures and the effects of hybridization parameters on model performance remain insufficiently studied. Accordingly

the in-situ hybridization of Diamond and Schwarz P models within TPMS porous structures were conducted

and the mean deviation angle was analyzed. Additionally

a novel Diamond/Schwarz P model was fabricated using FDM

and the pore characteristics

compressive strength

and deformation behavior of the models under various hybridization parameters were explored. The results indicate that the bearing capacity of the Diamond/Schwarz P models exhibit nonlinear variation under different hybridization proportions. Specifically

the original Schwarz P model exhibits a compressive strength of 1.72 MPa and a mean deviation angle of 48.48°. Among models primarily based on Schwarz P

the model with a ratio of 3∶7 exhibits the best bearing capacity

with a compressive strength of 2.17 MPa and a mean deviation angle of 49.36°. The original Diamond model has a compressive strength of 5.57 MPa and a mean deviation angle of 52.06°. Among models primarily based on Diamond

the model with a ratio of 8∶2 exhibits the best bearing capacity

with a compressive strength of 6.05 MPa and a mean deviation angle of 52.09°. However

bearing capacity of models decrease at the ratio of 6∶4 and 7∶3

accompanied by a reduction of the mean deviation angle. On this basis

the reasons for differences in bearing capacity among different models were explained using the mean deviation angle

which successfully predicted that the model exhibits the best capacity at the ratio of 8∶2

thus demonstrating the conclusion that parameter design can accurately regulate the bearing capacity of the model.

关键词

Keywords

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Study on mechanical and permeability property of gradient multi-porous scaffold based on triply periodic minimal surface

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