为了通过设计参数控制元胞的力学特性，研究者基于实验数据进一步建立了微观结构拓扑类型、拓扑密度和相应的力学性能之间的关系（图6）。利用该力学模型，本研究提出了一种利用人工设计力学性能分布来控制仿生多层级SHS点阵结构变形过程的方法，具体设计流程如图7所示。基于失效模式控制，结构在不同应力条件下的变形可被有效控制。

图7. 失效模式控制设计方法

为了进一步论证本研究的方法，研究者利用失效模式控制方法设计了一种具有逐层失效和人工晶界的仿生多层级SHS点阵（图8）。实验结果（图9）标明该结构由于极高的平台应力，延后的致密化应变从而具备了十分出色的比吸能。

图8. 具有逐层失效与人工设计晶界的仿生多层级球形点阵结构

图9. 逐层失效与人工设计晶界的仿生多层级球形点阵结构压缩特性与变形过程

为了对比本研究提出的结构设计与现存不同轻质材料的吸能特性。本文建立了密度区域类似的轻质吸能材料的Ashby chart，其结果表面本研究所提出的轻质吸能点阵结构相比于类似密度的轻质化材料具有50%以上的致密化应变提升和70%以上的比吸能提高。

图10. 不同轻质吸能材料的比吸能性能对比Ashby charts

本研究的相关结果对设计新一代失效模式可控的、更为轻质有效的能量吸收结构具有重要指导意义。

    论文在国家自然科学基金 (52075327，52004160)、上海市自然科学基金(20ZR1427500)、上海市扬帆计划（20YF1419200）、安徽省淮北市科技重大专项(Z2020001)等经费的资助下完成。王洪泽副教授感谢欧盟玛丽居里学者基金的资助，以及英国皇家工程院院士、伦敦大学学院Peter D. Lee教授课题组提供的科研条件。Chu Lun Alex Leung教授感谢英国工程和自然科学研究委员会先进粉体制造集群项目的支持。

(责任编辑：admin)

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