超材料結構設計與增材製造

第1章 緒論(1)
1.1超材料的起源和分類(1)
1.2增材製造超材料(2)
1.3鐳射選區熔化(5)
1.4本書大綱(7)

第2章 力學超材料(9)
2.1拓撲優化力學超材料與增材製造(9)
2.1.1引言(9)
2.1.2拓撲優化方法(11)
2.1.3製備與設計(12)
2.1.4SLM製造精度(13)
2.1.5應力應變曲線和變形行為(16)
2.1.6應力分佈預測(19)
2.1.7力學性能(21)
2.1.8能量吸收能力(22)
2.1.9結論(24)
2.2拓撲優化設計與4D列印活性力學超材料(24)
2.2.1引言(24)
2.2.2材料建模(26)
2.2.3形變計算(27)
2.2.44D列印*材料拓撲優化設計(29)
2.2.5數值示例(33)
2.2.6討論(37)
2.2.7結論(39)
2.3仿竹子力學超材料及其增材製造(39)
2.3.1引言(39)
2.3.2壓縮力學建模方法(40)
2.3.3設計原理(42)
2.3.4數值優化(44)
2.3.5實驗驗證及機理分析(47)
2.3.6結論(53)

第3章 聲學超材料(55)
3.13D列印低頻聲學超材料(55)
3.1.1引言(55)
3.1.2設計策略(56)
3.1.3理論和有限元分析(57)
3.1.4適應性吸聲性能(64)
3.1.5寬頻吸聲(67)
3.1.6結論(68)
3.2類水五模超材料的設計與實驗驗證(68)
3.3寬頻多相PM的設計與模擬(74)
3.4一種新型寬頻多相PM實驗驗證(81)
3.4.1引言(81)
3.4.2多相PM器件的實驗結果(82)
3.4.3多相配置的優勢(84)
3.4.4結論(87)

第4章 熱學超材料(88)
4.1引言(88)
4.2傳熱模擬(89)
4.3力學模擬(90)
4.4設計原理(91)
4.5傳熱性能(92)
4.6壓降和熱效率指數(94)
4.7能量吸收(95)
4.8與其他力學超材料比較(99)
4.9結論(100)

第5章 生物超材料(101)
5.1一種降低增材製造多孔金屬生物材料應力遮罩效應的拓撲設計
策略(101)
5.1.1引言(101)
5.1.2點陣結構的設計(102)
5.1.3有限元方法(104)
5.1.4設計點陣結構的彈性回應(106)
5.1.5形態分析(109)
5.1.6力學性能(114)
5.1.7計算驗證(114)
5.1.8仿人骨功能結構設計(117)
5.1.9結論(120)
5.2鐳射選區熔化多孔金屬骨支架材料的定制力學回應和品質傳輸
特性(122)
5.2.1引言(122)
5.2.2多孔生物材料設計(124)
5.2.3計算方法和滲透率測試(127)
5.2.4顯微形貌(129)
5.2.5力學回應(133)
5.2.6品質傳輸特性(136)
5.2.7金剛石五模超材料骨支架的優化設計(140)
5.2.8結論(144)
5.33D列印仿生超材料骨支架(145)
5.3.1引言(145)
5.3.2海膽棘特徵及仿生支架設計(146)
5.3.33D列印仿生支架的形態表徵(148)
5.3.4仿生支架的力學性能和傳質性能(148)
5.3.5仿生支架體外生物活性分析(151)
5.3.6仿生支架體內生物活性分析(154)
5.3.7結論(156)

第6章 微晶格超材料(157)
6.1各向異性啟發、模擬引導設計和3D列印的具有定制力學傳質性能
的微晶格超材料(157)
6.1.1引言(157)
6.1.2原子與空間變換激發的微晶格超材料(158)
6.1.3幾何特徵(159)
6.1.4與方向相關的彈性回應(161)
6.1.5取向相關的傳質性能(163)
6.1.6協同作用下的彈性回應和傳質性能(165)
6.1.7SLM 3D列印及實驗測試(166)
6.1.8梯度取向的微晶格超材料(168)
6.1.9微晶格取向對力學性能和滲透率的影響(168)
6.1.10結論(171)
6.2一種受HallPetch關係啟發的結構設計策略解耦微晶格
超材料(172)
6.2.1引言(172)
6.2.2受織構啟發的微晶格超材料設計(173)
6.2.3微晶格的製造精度(176)
6.2.4力學性能的HallPetch關係(177)
6.2.5傳質性能的HallPetch關係(179)
6.2.6力學性能和傳質性能的解耦與優化(183)
6.2.7分層微晶格骨支架設計(184)
6.2.8結論(184)

第7章 板格超材料(187)
7.1具有半開孔拓撲結構的增材製造板格超材料的可調諧
力學性能(187)
7.1.1引言(187)
7.1.2結構設計和有限元建模(188)
7.1.3板格超材料的可調力學性能(194)
7.1.4結論(206)
7.2鐳射選區熔化製備Ti6Al4V板格支架的各向異性力學
和品質傳輸性能(207)
7.2.1引言(207)
7.2.2各向異性板格超材料和實驗方法(208)
7.2.3各向異性板格超材料的機械和品質傳輸性能(213)
7.2.4板格支架和人體骨骼的力學和品質傳輸性能比較(222)
7.2.5結論(224)

第8章 商業前景和未來研究方向(226)

參考文獻(228)

宋波
 
華中科技大學材料科學與工程學院教授。目前也擔任多個國際SCI期刊Scripta Materialia，Journal of Alloys and Compounds，Surface and Coatings Technology，Materials & Design等特約審稿人。與法國、美國、英國、中國等多個地區的著名研究團隊長期保持緊密的學術與科研聯繫。研究方向包括3D列印技術、粉末冶金、材料與結構設計、先進功能零件與塗層。相關研究成果獲5項發明專利受理，已在國際SCI期刊累積發表近40篇。