本發(fā)明屬于工程結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有功能梯度的點陣材料。
背景技術(shù)：
隨著工程技術(shù)的迅猛發(fā)展，功能梯度材料改善表面接觸損傷方面的優(yōu)異性能受到了廣泛的關(guān)注，功能梯度材料通過改變微觀結(jié)構(gòu)的空間變化梯度，使材料的物性參數(shù)隨空間位置呈梯度變化，點陣材料具有高孔隙率，可以通過對點陣結(jié)構(gòu)的單胞構(gòu)型設(shè)計使點陣結(jié)構(gòu)具有高比強度、高比剛度、高抗彎強度的優(yōu)點，使得在相同結(jié)構(gòu)承載力作用下可節(jié)省大量的材料，大大減輕了結(jié)構(gòu)自重，但是目前的研究多處在實驗水平，其推廣應(yīng)用需要更多的應(yīng)用基礎(chǔ)研究以適應(yīng)各種復(fù)雜的使用環(huán)境。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種具有功能梯度的點陣材料，它的物性參數(shù)如彈性模量、泊松比和密度等隨空間位置呈梯度變化。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種具有功能梯度的點陣材料，形成方法如下：
1)由單胞元通過空間延拓布置形成，單胞元是由桿件構(gòu)成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，形狀有金字塔、四面體及其它多面體形狀；
2)定義直角坐標系，單胞元的高度方向為z軸方向，單胞元底面上的點位于x-y平面上。通過單胞元結(jié)構(gòu)在x與y方向上的延拓布置，形成單片點陣結(jié)構(gòu)。在該延拓布置過程中，同一層之間單胞元的z方向上的高度保持不變，相鄰的兩個單胞元底面上端點之間的距離是不相等的；
3)將高度不同的單片點陣結(jié)構(gòu)以單胞元頂點所在的x-y平面為對稱平面進行鏡像對稱延拓布置，形成多層空間點陣結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明中的功能梯度點陣材料由金屬、纖維增強復(fù)合材料及其它非金屬材料構(gòu)成。
本發(fā)明中的功能梯度點陣材料的梯度功能是通過控制每一層單胞元的高度和單胞元底面上端點之間的距離來實現(xiàn)的。
本發(fā)明中的功能梯度點陣材料宏觀上的物性參數(shù)，如彈性模量、泊松比和密度等隨空間位置呈梯度變化。
本發(fā)明同樣適用于同一層內(nèi)使用混合單胞元結(jié)構(gòu)形式的點陣結(jié)構(gòu)，例如同一層內(nèi)采用高度相同的金字塔型單胞元和四面體型單胞元交錯排列或隨機排列的點陣結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明所述的一種具有功能梯度的點陣材料，實現(xiàn)點陣材料具備了梯度功能，獲得了具有功能梯度的點陣結(jié)構(gòu)，這種具有梯度功能的點陣材料通過微觀結(jié)構(gòu)空間的變化，使材料宏觀上的彈性模量、泊松比等在空間位置上呈梯度變化，兼具結(jié)構(gòu)自重輕，可設(shè)計性強，具有優(yōu)異的抗沖擊性能，并且結(jié)構(gòu)取材方便，方法簡易，應(yīng)用前景十分可觀。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的z方向梯度功能點陣材料的示意圖；
圖2為本發(fā)明的金字塔型單胞元梯度功能點陣材料的立面圖；
圖3為本發(fā)明的x、y與z方向梯度功能點陣材料的示意圖；
圖4為本發(fā)明的金字塔型單胞元示意圖；
圖5為本發(fā)明的正四面體型單胞元示意圖。
附圖標記列表：
圖1(a)為金字塔型單胞元一，圖1(b)為圖1(a)單胞元一的z向鏡像，圖1(c)為金字塔型單胞元二，圖1(d)為圖1(c)單胞元二的z向鏡像，圖2(a)為中間向邊緣逐漸稀疏型梯度功能點陣材料立面圖，圖2(b)為中間向邊緣逐漸緊密型梯度功能點陣材料立面圖，圖3(a)為金字塔型單胞元三，圖3(b)為圖3(a)單胞元三的z向鏡像，圖3(c)為金字塔型單胞元四，圖3(d)為單胞元四的z向鏡像，圖4(a)為金字塔型單胞元軸測圖，圖4(b)為金字塔型單胞元立面圖，圖4(c)為金字塔型單胞元正投影圖，圖5(a)為正四面體型單胞元軸測圖，圖5(b)為正四面體型單胞元立面圖，圖5(c)為正四面體型單胞元正投影圖，1、2、3、4、5、6為金字塔型單胞元桿件的端點。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解下述具體實施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
實施例1：
1)如圖1所示，本實施例為金字塔型單胞元梯度功能點陣材料，在z方向上具有梯度功能，1-6為組成金字塔型單胞元桿件的端點，(a)為金字塔型單胞元，單胞元底面上的端點位于x-y平面上。將金字塔型單胞元(a)以頂點1所在的x-y平面為對稱平面進行鏡像對稱延拓布置，形成單胞元(b)，再將金字塔型單胞元(c)以頂點6所在的x-y平面為對稱平面進行鏡像對稱延拓布置，形成單胞元(d)，以此類推，形成多層空間點陣結(jié)構(gòu)，每一層的層高為
2)將單胞元在x與y方向上的進行延拓布置，延拓過程中單胞元底面上的端點之間的距離保持不變，即l1＝l2，l3＝l4，形成金字塔型胞元梯度功能點陣材料，如圖2所示，其中(a)為中間層高小，頂部和底部層高大，h1＜h2＜h3，點陣材料由中間向邊緣呈逐漸稀疏型的分布，(b)為中間層高大，頂部和底部層高小，h3>h2>h1，點陣材料由中間向邊緣呈逐漸緊密型的分布。金字塔點陣結(jié)構(gòu)單胞元如圖4，其中(a)為金字塔型單胞元軸測圖，(b)為金字塔型單胞元立面圖，(c)金字塔型單胞元正投影圖。
實施例2：
1)如圖3所示，本實施例為金字塔型單胞元梯度功能點陣材料，在x、y與z方向上具有梯度功能，將金字塔型單胞元(a)以頂點1所在的x-y平面為對稱平面進行鏡像對稱延拓布置，形成單胞元(b)，再將金字塔型單胞元(c)以頂點2所在的x-y平面為對稱平面進行鏡像對稱延拓布置，形成單胞元(d)，以此類推，形成多層空間點陣結(jié)構(gòu)。
2)將單胞元在x與y方向上的進行延拓布置，延拓過程中單胞元底面上端點之間的距離均發(fā)生變化，即l1≠l2，l3≠l4，形成x、y與z方向梯度功能點陣材料。