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Octet-truss点阵结构的断裂行为研究及结构增韧设计
FRACTURE BEHAVIOR STUDY OF THE OCTET-TRUSS LATTICE STRUCTURES AND STRUCTURAL TOUGHENING DESIGN
- 机械强度 2025年47卷第2期 页码：130-137
- 作者机构：
1.太原理工大学 航空航天学院 应用力学研究所，太原 030024
2.太原理工大学 材料强度与结构冲击山西省重点实验室，太原 030024
- 作者简介：
何婉青，女，1998年生，湖北襄阳人，硕士研究生；主要研究方向为复合材料断裂力学；E-mail：193495416@qq.com。
王志勇 （通信作者），男，1982年生，山西太原人，博士，教授；主要研究方向为断裂与损伤力学；E-mail：wangzhiyong@tyul.edu.cn
- 基金信息：国家自然科学基金面上项目(12272257);山西省基础研究计划项目(202203021211169)
DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.02.016
中图分类号： O346.1收稿日期：2023-03-10，
修回日期：2023-05-07，
纸质出版日期：2025-02-15
- 稿件说明：
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何婉青，王宇航，罗伟洪，等. Octet-truss点阵结构的断裂行为研究及结构增韧设计［J］. 机械强度，2025，47（2）：130-137.
HE Wanqing，WANG Yuhang，LUO Weihong，et al. Fracture behavior study of the Octet-truss lattice structures and structural toughening design［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（2）：130-137.
何婉青，王宇航，罗伟洪，等. Octet-truss点阵结构的断裂行为研究及结构增韧设计［J］. 机械强度，2025，47（2）：130-137. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.02.016.
HE Wanqing，WANG Yuhang，LUO Weihong，et al. Fracture behavior study of the Octet-truss lattice structures and structural toughening design［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（2）：130-137. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.02.016.
摘要
Octet-truss点阵结构具有高强、高韧以及轻质化的特征，是工程领域的优选材料之一。对具有浅预制裂纹的Ti6Al4V Octet-truss点阵结构进行了三点弯曲试验，并结合数字图像相关（Digital Image Correlation， DIC）技术对断裂过程进行观测。为了深入研究点阵结构的断裂韧性，针对结构的三点弯曲断裂行为进行有限元分析，利用各向同性弹塑性力学模型表征结构杆件组元的力学响应，试验验证了模型的有效性。基于结构的弹塑性断裂行为，利用
J
积分法计算Octet-truss点阵结构的断裂韧性。结果表明，Octet-truss点阵结构的断裂韧性与其相对密度、杆件长度的平方根呈正相关。对于裂纹尖端处的杆件组元，不同平面的杆件在相同截面尺寸下具有不同的应力状态和变形模式。针对结构的失效模式，通过优化不同平面杆件之间的截面尺寸比例平衡各杆件的应力状态，实现相同相对密度下的结构增韧。
Abstract
Octet-truss lattice structure is one of the preferred materials in engineering field with light
high strength and high toughness properties.Three-point bending experiments were carried out on Ti6Al4V Octet-truss lattice structure with shallow pre-crack
and the fracture process was observed by digital image correlation (DIC) technique.To further study the fracture toughness of Octet-truss lattice structure
the fracture behavior of the structure under three-point bending load was analyzed by finite element method.The mechanical response of the truss member for the structure was characterized by the isotropic elastoplastic mechanical model.The validity of the finite element model was verified by experiments.Based on the elastic-plastic fracture behavior of the structure
the
J
-integral method was used to calculate the fracture toughness of the Octet-truss lattice structures.The results show that the fracture toughness of the Octet-truss lattice structure increases linearly with the relative density and the square root of the truss length.For the truss member at the crack tip
truss in different planes have different stress states and deformation modes with the same cross-sectional size.According to the failure mode of the structure
the stress state of truss from different planes is balanced by optimizing the proportion of the cross-section size
which can optimize toughness of the lattice structure with same relative density.
关键词
Keywords
references
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