新型Ti-6Al-4V粉末材料制备与TPMS电池散热结构机械性能研究
5. TPMS电池散热结构机械滥用试验
5.1 试验准备及步骤
5.1.1 粉末选择与打印样件
- 本研究选取了商用Ti-6Al-4V粉末，采用选择性激光熔化技术打印所有TPMS结构。
- SEM图像显示，粉末颗粒呈光滑均匀的球体，具有良好的流动性。
- 打印过程需在低氧浓度的氩气气氛中进行，以确保制造工艺的严谨性和准确性。
5.1.2 打印参数与后处理
- 打印参数包括激光功率、层厚、光束直径、舱口间距和扫描速度等。
- 打印后进行线材放电加工和喷砂处理，以去除表面附着物并改善表面质量。
- 打印样件的质量略高于设计值，可能是由于粉末在制造过程中粘附造成的。
5.2 机械滥用试验设备及设计
5.2.1 压缩试验
- 使用INSTRON 5985试验机进行轴向和斜向压缩试验。
- 记录了样件的破坏模式和变形行为，以评估其耐撞性。
5.2.2 三点弯试验
- INSTRON 3669万能试验机进行三点弯试验，考察了样件的抗弯曲变形能力。
- 比较了试验结果和有限元仿真结果，验证了模型的准确性。
5.3 机械滥用试验结果分析
5.3.1 轴向压缩试验与仿真结果
- 轴向压缩试验显示，G样件的初始损伤发生在样件中部，而D样件在对角线上出现剪切带。
- 有限元模型准确地捕捉到了初始损伤的位置和变形模式，但与试验中观察到的变形模式存在差异。
5.3.2 斜向压缩试验与仿真结果
- 斜向压缩试验中，两种结构在变形行为和剪切带位置上相似，但在剪切角度上存在差异。
- 斜向加载条件下，结构出现了明显的力值减小过程，可能与剪切滑移有关。
5.3.3 三点弯压缩试验与仿真结果
- 三点弯试验中，G和D结构的变形行为相似，但D构型表现出较低的变形刚度。
- 截面惯性矩是影响结构整体变形的关键因素，D构型的截面惯性矩更大，抗弯刚度更强。
5.4 不同TPMS电池散热结构的机械性能分析
5.4.1 能量吸收与力学性能
- G构型的吸能和力学性能均优于D构型，特别是在轴向加载条件下。
- 较高的吸能和更均匀的受力是G构型的主要优势。
5.4.2 各向异性与力学特性
- 杨氏模量曲面用于检测单胞的各向异性，有助于分析TPMS结构在多种工作条件下的力学性能。
- TPMS晶格单元的刚度矩阵受相对密度的影响，不同相对密度下表现出不同的力学特性。
5.5 本章小结
5.5.1 试验结果与分析
- SEM图像表明，SLM技术可以有效地制备Ti-6Al-4V合金TPMS结构，但存在粉末粘附和制造缺陷的问题。
- 试验结果表明，G构型的吸能和力学性能优于D构型，更适合作为电池散热和电极材料。
5.5.2 研究意义与展望
- 本研究为电池液冷散热和电极材料提供了新的参考，有助于优化电池性能和安全性。
- 未来的研究可以进一步探讨不同制造工艺和设计参数对TPMS结构性能的影响，以实现更优化的结构设计。
