新書(shū)發(fā)布《增材制造三周期極小曲面仿生超材料》

來(lái)源：華中機(jī)械

叢書(shū)背景

“3D打印前沿技術(shù)“叢書(shū)是在“中國(guó)制造2025”的背景下,，組織3D打印領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者編撰的一套反映理論和技術(shù)進(jìn)步的叢書(shū),，盧秉恒院士為叢書(shū)總顧問(wèn)，史玉升教授為叢書(shū)總主編,。

叢書(shū)英文版與Elsevier聯(lián)合出版,。

已出版品種

經(jīng)過(guò)不斷積累，該叢書(shū)目前已出版17種（中文版12種,，英文版5種）,。《增材制造三周期極小曲面仿生超材料》為第17種,，其余3種選題正陸續(xù)出版中,。

出版前言

增材制造(AM)是一項(xiàng)集機(jī)械、計(jì)算機(jī),、數(shù)控,、材料等不同學(xué)科于一體的新型數(shù)字化先進(jìn)制造技術(shù)，它采用分層制造,、逐層疊加原理,，理論上可成形任意復(fù)雜結(jié)構(gòu),。這種新的先進(jìn)制造技術(shù)可將傳統(tǒng)面向工藝的零部件設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蛐阅艿娜�新設(shè)計(jì),，被稱(chēng)為當(dāng)今制造業(yè)的一場(chǎng)革命。激光選區(qū)熔化(SLM)是一種粉末床熔融增材制造工藝,，通過(guò)選擇性地熔化金屬粉末層,，能夠制造出接近完全致密、幾何形狀復(fù)雜的金屬構(gòu)件,。因此,，與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，SLM技術(shù)在成形具有可控的單元拓?fù)�,、尺寸和孔隙度的金屬周期性點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)方面具有明顯優(yōu)勢(shì),。

近年來(lái)，人們利用增材制造工藝設(shè)計(jì)和成形了各種類(lèi)型的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),。三周期極小曲面(TPMS)是一種光滑的無(wú)限曲面,，其在沒(méi)有自交叉的情況下將空間劃分為兩個(gè)區(qū)域，并且在三個(gè)坐標(biāo)軸方向上是周期性的,。TPMS結(jié)構(gòu)在自然界生物系統(tǒng)中廣泛存在,，如蝴蝶翅膀、甲殼蟲(chóng)外骨骼等生物有機(jī)體中均存在類(lèi)似極小曲面的相關(guān)結(jié)構(gòu),。由于TPMS結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜而高度對(duì)稱(chēng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的物理,、化學(xué),、機(jī)械和光學(xué)性質(zhì)，因此其引起了各個(gè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注并得到應(yīng)用,。如TPMS結(jié)構(gòu)具有比強(qiáng)度高,、能量吸收能力強(qiáng)等特點(diǎn)，利用其曲面特性,，可以獲得非凡的手性光學(xué)性能,、較高的催化效率和能量轉(zhuǎn)換效率。

為系統(tǒng)地介紹專(zhuān)業(yè)知識(shí),，培養(yǎng)相關(guān)科技研究人員,，華中科技大學(xué)快速制造中心(RMC)團(tuán)隊(duì)和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)珠寶先進(jìn)制造團(tuán)隊(duì)總結(jié)了TPMS點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)增材制造方面的研究成果，形成了這本專(zhuān)著《增材制造三周期極小曲面仿生超材料》,。本書(shū)詳細(xì)介紹了激光選區(qū)熔化增材制造的TPMS點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),、制造、顯微組織,、力學(xué)性能和應(yīng)用示例設(shè)計(jì),。

作者：閆春澤，楊磊,，吳思琪,，郝亮，

李昭青,，李妍,，宋波

書(shū)號(hào)：9787568075848

內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書(shū)詳細(xì)介紹了通過(guò)激光選區(qū)熔化增材制造技術(shù)制造的三周期極小曲面(TPMS)仿生超材料的設(shè)計(jì)、制造,、顯微組織,、力學(xué)性能和應(yīng)用示例。首先介紹了基于增材制造的超材料設(shè)計(jì)方法,，分析了TPMS仿生超材料的優(yōu)點(diǎn),；接著給出了TPMS仿生超材料數(shù)學(xué)建模的方法，同時(shí)介紹了不同金屬材料制備的均勻TPMS仿生超材料的精度分析,、微觀組織和靜態(tài)力學(xué)性能,，以及TPMS復(fù)合材料仿生超材料的制備方法和性能分析；然后基于數(shù)值分析方法,，建立預(yù)測(cè)均勻和梯度TPMS仿生超材料力學(xué)性能的有限元模型,，并將其用于分析不同加載方向上的靜態(tài)力學(xué)性能；最后討論了均勻和梯度TPMS仿生超材料的動(dòng)態(tài)疲勞性能,，揭示了疲勞失效機(jī)制與增強(qiáng)機(jī)理,，并對(duì)TPMS仿生超材料的應(yīng)用進(jìn)行了展望。

本書(shū)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)增材制造三周期極小曲面仿生超材料的書(shū)籍，具有很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性,。由于三周期極小曲面仿生超材料在光學(xué),、聲學(xué)、催化等領(lǐng)域均有潛在的應(yīng)用,，因此本書(shū)也可作為其他相關(guān)行業(yè)的參考書(shū)籍,。

目錄

第1章緒論(1)
1.1引言(1)
1.2激光選區(qū)熔化技術(shù)的原理及發(fā)展現(xiàn)狀(4)
1.3三周期極小曲面概述(6)
1.4三周期極小曲面點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能及研究現(xiàn)狀(12)
1.5本書(shū)大綱(16)
本章參考文獻(xiàn)(18)

第2章TPMS點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)(27)
2.1引言(27)
2.2MATLAB軟件介紹(28)
2.3均勻孔隙TPMS點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的生成方法(30)
2.4梯度孔隙TPMS點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的生成方法(31)
2.5本章小結(jié)(32)
本章參考文獻(xiàn)(32)

第3章金屬合金均勻TPMS點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)(33)
3.1引言(33)
3.2采用SLM技術(shù)制備TPMS點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的工藝性研究(34)
3.3TPMS點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的顯微結(jié)構(gòu)研究(52)
3.4TPMS點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為評(píng)價(jià)(65)
3.5表面改性和羥基磷灰石涂層(76)
本章參考文獻(xiàn)(86)

第4章TPMS點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)復(fù)合材料(92)
4.1引言(92)
4.2應(yīng)用于電磁干擾的Cu合金/石墨烯復(fù)合材料(92)
4.3Ni�睠u合金/石墨烯支架的熱應(yīng)用(97)
4.4316L復(fù)合材料的輕量化應(yīng)用(103)
本章參考文獻(xiàn)(116)

第5章均勻TPMS點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的有限元分析(123)
5.1引言(123)
5.2有限元法分析(124)
5.3解析法分析(132)
5.4本章小結(jié)(146)
本章參考文獻(xiàn)(147)

第6章功能梯度TPMS點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)(154)
6.1引言(154)
6.2316L梯度Gyroid點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)(155)
6.3純Ti梯度TPMS點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)(175)
6.4梯度TPMS中的單胞大小效應(yīng)(183)
6.5梯度Gyroid TPMS點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)(195)
本章參考文獻(xiàn)(202)


第7章均勻TPMS點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的疲勞性能(213)
7.1引言(213)
7.2方法與步驟(214)
7.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果(216)
7.4點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)疲勞失效機(jī)理及強(qiáng)化機(jī)制(228)
7.5本章小結(jié)(234)
本章參考文獻(xiàn)(235)

第8章梯度Gyroid點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的壓縮疲勞強(qiáng)化機(jī)制研究(244)
8.1引言(244)
8.2本章方法與實(shí)驗(yàn)(245)
8.3點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的制造精度分析(246)
8.4靜態(tài)壓縮性能的影響(252)
8.5疲勞性能(254)
8.6本章小結(jié)(271)
本章參考文獻(xiàn)(272)

第9章應(yīng)用與展望(276)
9.1潛在應(yīng)用(276)
9.2研究展望(280)
本章參考文獻(xiàn)(281)  

作者簡(jiǎn)介

閆春澤，華中科技大學(xué)教授,、博導(dǎo),，教育部“長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”特聘教授、湖北省百人計(jì)劃特聘教授,，材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任,，增材制造陶瓷材料教育部工程研究中心主任。主持國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目,、航天聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目等多項(xiàng)國(guó)家,、省部級(jí)項(xiàng)目，發(fā)表SCI論文60余篇,，授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利65項(xiàng),，出版專(zhuān)著、教材6部,，牽頭/參與制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng),。主要從事粉末床熔融激光增材制造技術(shù)的研究，研發(fā)的增材制造材料與裝備已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,。

楊磊,，武漢理工大學(xué)交通與物流工程學(xué)院副教授、碩導(dǎo),，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造系副主任,。主要從事極小曲面點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的材料,、結(jié)構(gòu),、性能一體化增材制造技術(shù)及仿真分析方法研究。主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目,、國(guó)防科技創(chuàng)新特區(qū),、基礎(chǔ)前沿項(xiàng)目等多項(xiàng)國(guó)家級(jí)、省部級(jí)項(xiàng)目,，發(fā)表SCI論文22篇,，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利12項(xiàng)，申請(qǐng)軟件著作權(quán)2項(xiàng),，撰寫(xiě)學(xué)術(shù)專(zhuān)著2部,。

吳思琪，華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院在讀博士，師從閆春澤教授和楊磊副教授,。研究方向?yàn)闃O小曲面點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的增材制造,、力學(xué)性能分析及有限元仿真模擬。華中科技大學(xué)2020級(jí)創(chuàng)新研究院創(chuàng)新基金和2021級(jí)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,，曾獲華中科技大學(xué)知行獎(jiǎng)學(xué)金,、三好研究生榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)等。

郝亮,，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）珠寶學(xué)院副院長(zhǎng),，教授、博導(dǎo),，湖北省百人計(jì)劃人才,、“雙創(chuàng)戰(zhàn)略團(tuán)隊(duì)”帶頭人和武漢市“3551”人才，湖北省珠寶工程技術(shù)研究中心常務(wù)主任,。主要研究方向?yàn)橄冗M(jìn)制造,、材料工程、首飾設(shè)計(jì),、穿戴大健康,。主持并參與國(guó)外超過(guò)300萬(wàn)英鎊的研究項(xiàng)目以及國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等多個(gè)項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)外核心期刊與重要會(huì)議發(fā)表論文100多篇,，獲批發(fā)明專(zhuān)利十幾項(xiàng),，撰寫(xiě)學(xué)術(shù)著作多部。

李昭青,，華中科技大學(xué)博士后,，本碩博畢業(yè)于蘭州大學(xué)，主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目,，作為項(xiàng)目骨干參與國(guó)家自然科學(xué)基金航天聯(lián)合基金項(xiàng)目等國(guó)家,、省部級(jí)項(xiàng)目，發(fā)表SCI論文6篇,，授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利12項(xiàng),、國(guó)際專(zhuān)利2項(xiàng)，參與出版專(zhuān)著3部,。主要從事陶瓷增材制造研究,，相關(guān)成果獲中國(guó)產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新成果獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)。

李妍,，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）副教授,、碩導(dǎo)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心主任,。主要從事增材制造復(fù)合材料相關(guān)研究,，主持和作為學(xué)科骨干參與國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目等多項(xiàng)科研項(xiàng)目,。擔(dān)任Additive Manufacturing等國(guó)際期刊審稿人，發(fā)表學(xué)術(shù)論文52篇,，撰寫(xiě)英文專(zhuān)著2部,。

宋波，華中科技大學(xué)教授,、博導(dǎo),，湖北省楚天學(xué)子。主要從事增材制造先進(jìn)材料與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與成形的研究,，主持國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目,、美國(guó)波音公司國(guó)際合作等項(xiàng)目，發(fā)表SCI論文70余篇,，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利15項(xiàng),，主編專(zhuān)著2部。擔(dān)任Nano Materials Science等期刊編委,，參與制定增材制造相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng),。