硕士研究生：刘延卿

交大学习时间：2019.9~2022.3                                                     

导师：金学军教授/刘仕龙助理研究员

研究课题：增材制造负泊松比蜂窝结构的压缩变形行为研究

毕业去向：AMD（超威半导体上海有限公司）/芯片验证工程师

1. 研究内容 

    近年来负泊松比蜂窝结构由于具有压痕阻力大、能量吸收性能好等优势受到了广泛的关注。随着增材制造技术的不断发展，其在成型复杂结构方面的优势逐渐显现，利用3D打印技术制造金属负泊松比微点阵结构，对于实现支撑结构的轻量化和功能化等方面有广阔的应用前景。但是，增材制造工艺和组织对微点阵结构的整体性能有显著影响，尚缺乏深入细致的研究。基于此，本研究设计四种不同相对密度的负泊松比蜂窝结构：相对密度分别为0.2，0.4，0.6，0.8；利用选区激光熔化（SLM）工艺和316L不锈钢粉末制备了四种316L蜂窝结构。利用准静态压缩试验、数字图像相关法和有限元模拟等技术，研究这种蜂窝结构的相对密度、泊松比及其变形行为。利用SEM、EBSD和TEM等表征手段研究蜂窝结构的微观变形行为和组织演变规律。

2. 研究结果

    研究表明，蜂窝结构的泊松比随其相对密度的提高而增大，由负值过渡到正值。相对密度为0.2和0.4的试样，其泊松比为负，变形以臂柱弯曲为主；相对密度为0.8的试样，其泊松比为正，变形以节点转动为主；而相对密度为0.6的试样，其泊松比接近0，此时节点转动和臂柱弯曲两种机制协同变形，产生复杂的变形行为。相对密度为0.6的试样变形不稳定，容易在微小干扰下产生较大偏离，有限元模拟结果与试样的实际变形行为有较大差异。

    蜂窝结构的显微组织中有三种晶粒：表面细晶、近表面柱状晶和中心等轴粗晶。三种晶粒的比例随试样相对密度（试样臂柱的厚度）改变：随着试样臂柱厚度的增大(相对密度的增大)，组织中粗晶的比例不断增大，表面细晶和近表面柱状晶的比例不断下降。蜂窝结构在微观变形时应变主要集中在不同种晶粒的界面处(表面细晶和近表面柱状晶界面处、近表面柱状晶和中心等轴粗晶界面处)，这是复杂组织中多种晶粒变形不均匀导致的；此外，试样在压缩过程中出现了大量变形带和高密度的位错胞，并未观察到孪晶，说明位错运动是其主要变形机制。

3. 研究成果

    研究成果：[1] 金学军,刘延卿,刘仕龙. 一种孔洞结构的3D打印方法和系统.申请号：202111392461.4，申请日：2021年11月23日.