新書發(fā)布《增材制造三周期極小曲面仿生超材料》

來源：華中機(jī)械

叢書背景

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

叢書英文版與Elsevier聯(lián)合出版。

已出版品種

經(jīng)過不斷積累，該叢書目前已出版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)，被稱為當(dāng)今制造業(yè)的一場革命。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。

近年來，人們利用增材制造工藝設(shè)計(jì)和成形了各種類型的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。三周期極小曲面(TPMS)是一種光滑的無限曲面，其在沒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、甲殼蟲外骨骼等生物有機(jī)體中均存在類似極小曲面的相關(guān)結(jié)構(gòu)。由于TPMS結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜而高度對稱的拓?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)地介紹專業(yè)知識，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，形成了這本專著《增材制造三周期極小曲面仿生超材料》。本書詳細(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

書號：9787568075848

內(nèi)容簡介

本書詳細(xì)介紹了通過激光選區(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TPMS仿生超材料的應(yīng)用進(jìn)行了展望。

本書是專門針對增材制造三周期極小曲面仿生超材料的書籍，具有很強(qiáng)的專業(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，因此本書也可作為其他相關(guān)行業(yè)的參考書籍。

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)  

作者簡介

閆春澤，華中科技大學(xué)教授、博導(dǎo)，教育部“長江學(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)國家、省部級項(xiàng)目，發(fā)表SCI論文60余篇，授權(quán)發(fā)明專利65項(xiàng)，出版專著、教材6部，牽頭/參與制定國家標(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。主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、國防科技創(chuàng)新特區(qū)、基礎(chǔ)前沿項(xiàng)目等多項(xiàng)國家級、省部級項(xiàng)目，發(fā)表SCI論文22篇，申請發(fā)明專利12項(xiàng)，申請軟件著作權(quán)2項(xiàng)，撰寫學(xué)術(shù)專著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級創(chuàng)新研究院創(chuàng)新基金和2021級創(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)稱號等。

郝亮，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）珠寶學(xué)院副院長，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。主持并參與國外超過300萬英鎊的研究項(xiàng)目以及國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等多個(gè)項(xiàng)目，在國內(nèi)外核心期刊與重要會(huì)議發(fā)表論文100多篇，獲批發(fā)明專利十幾項(xiàng)，撰寫學(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)，主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目，作為項(xiàng)目骨干參與國家自然科學(xué)基金航天聯(lián)合基金項(xiàng)目等國家、省部級項(xiàng)目，發(fā)表SCI論文6篇，授權(quán)發(fā)明專利12項(xiàng)、國際專利2項(xiàng)，參與出版專著3部。主要從事陶瓷增材制造研究，相關(guān)成果獲中國產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新成果獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)。

李妍，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）副教授、碩導(dǎo)，中國地質(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等國際期刊審稿人，發(fā)表學(xué)術(shù)論文52篇，撰寫英文專著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，主持國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目、美國波音公司國際合作等項(xiàng)目，發(fā)表SCI論文70余篇，授權(quán)國家發(fā)明專利15項(xiàng)，主編專著2部。擔(dān)任Nano Materials Science等期刊編委，參與制定增材制造相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)。