3D打印蜂窩結(jié)構(gòu)在臨時(shí)性建筑中的力學(xué)性能分析

趙峻宏,朱世范

(哈爾濱工程大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,哈爾濱 150001)

近幾年，隨著世界上自然災(zāi)害頻發(fā)，而災(zāi)后解決難民應(yīng)急居住的臨時(shí)性建筑需求日益增大.3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，近年來(lái)該技術(shù)在建筑領(lǐng)域的使用逐漸頻繁.蜂窩夾層板是建筑領(lǐng)域中常見的材料.目前，蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料運(yùn)用在臨時(shí)性建筑中具有許多優(yōu)點(diǎn)：1)具有很強(qiáng)的可彎曲剛性，自身強(qiáng)度高和優(yōu)良的抗沖擊性能.2)因?yàn)槭钦辰咏Y(jié)構(gòu)，所以表面可以做的很光滑平整，從而減振特性良好.3)又因是兩重結(jié)構(gòu)，所以氣密性和隔熱性能也非常優(yōu)異[1].

傳統(tǒng)臨時(shí)性建筑在災(zāi)后施工時(shí)面臨諸多問題，如何優(yōu)化傳統(tǒng)臨時(shí)性建筑的生產(chǎn)方式，使臨時(shí)性建筑結(jié)構(gòu)性能更加優(yōu)秀，在性能提高的同時(shí)改進(jìn)組裝困難、不可循環(huán)使用、節(jié)省人工與材料浪費(fèi)等問題[2].李振華等[3]研究并運(yùn)用了不同尺寸的紙筒，以紙筒作為材料使不同尺寸紙筒從新排列組合，制作出臨時(shí)性建筑，結(jié)果表明使用紙筒作為臨時(shí)性建筑建材不僅可回收利用和避免過(guò)度浪費(fèi)材料，并且方便拆卸從新組裝.運(yùn)用3D打印材料制作的復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)，可以更好的提高遇到災(zāi)難后臨時(shí)性建筑的制作效率與抗震等性能.最近幾年，3D打印這一技術(shù)在建筑行業(yè)中屢見不鮮.2010年，一款名為“D-Shape”的打印機(jī)問世，這是由意大利人恩里克·蒂設(shè)計(jì)的3D打印機(jī)只要預(yù)先設(shè)定好結(jié)構(gòu)圖形，就能通過(guò)這款打印機(jī)一層一層噴上材料，打印出一個(gè)“完整”的建筑物體[4-6].

本文運(yùn)用區(qū)別于傳統(tǒng)人力施工的3D打印技術(shù)，使用PLA制備出在建筑中常見的蜂窩，通過(guò)密度公式設(shè)計(jì)出蜂窩夾層板芯子為六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)、內(nèi)凹六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)、三角形蜂窩結(jié)構(gòu)、手型蜂窩結(jié)構(gòu)、星形蜂窩結(jié)構(gòu)，從而得到力學(xué)性能更好，更加輕便的蜂窩夾層板.并且研究這5種蜂窩夾層結(jié)構(gòu)中芯子的力學(xué)性能，通過(guò)進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)、三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)、壓縮實(shí)驗(yàn)對(duì)5種芯子結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能對(duì)比.根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的位移曲線圖，分析這5種蜂窩芯子那種運(yùn)用在臨時(shí)性建筑中的力學(xué)性能更為出色.

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 蜂窩芯子的設(shè)計(jì)

使用3D打印機(jī)制作出5種蜂窩結(jié)構(gòu)芯子，并對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試.設(shè)計(jì)蜂窩時(shí)，首先考慮使用這幾種蜂窩結(jié)構(gòu)常見的均勻分布方式，并且依靠蜂窩結(jié)構(gòu)的密度公式進(jìn)行設(shè)計(jì)制作.蜂窩結(jié)構(gòu)的性能取決于相對(duì)密度，通過(guò)使用PLA材料制備的蜂窩結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)蜂窩結(jié)構(gòu)使用的金屬材料更加輕便，其中相對(duì)密度比是指PLA材料與蜂窩結(jié)構(gòu)的體積密度之比.

星形蜂窩結(jié)構(gòu)作為一種新型負(fù)泊松比蜂窩結(jié)構(gòu)，在近些年間引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注與研究[7-9].Theocaris 等[7]研究了均勻分布下的星形蜂窩結(jié)構(gòu)復(fù)合材料其特性與該結(jié)構(gòu)的影響因素；文獻(xiàn)[9]給出了星形蜂窩結(jié)構(gòu)平臺(tái)應(yīng)力的計(jì)算公式，并實(shí)驗(yàn)研究了星形蜂窩結(jié)構(gòu)的變形模式、動(dòng)態(tài)沖擊強(qiáng)度.文獻(xiàn)[9]提供的星形蜂窩相對(duì)密度公式，即

式中：Ls為星形結(jié)構(gòu)胞壁的長(zhǎng)度；L為連接兩個(gè)胞壁的胞壁長(zhǎng)度的1/2;t為星形蜂窩結(jié)構(gòu)胞壁的厚度;β為星形間夾角.

六韌帶手型蜂窩結(jié)構(gòu)因其在壓縮實(shí)驗(yàn)中承受載荷時(shí)產(chǎn)生的獨(dú)特變形引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注[10].文獻(xiàn)[11]研究了3、4和6韌帶這幾種較為常見的手型結(jié)構(gòu)的彈性模量，并且進(jìn)一步探討了手型蜂窩結(jié)構(gòu)的變形機(jī)制.文獻(xiàn)[10]研究了六韌帶手型蜂窩結(jié)構(gòu)材料的面內(nèi)力學(xué)性能，并進(jìn)行了理論分析與實(shí)驗(yàn)研究.張新春等[12]研究了六韌帶手型蜂窩結(jié)構(gòu)的內(nèi)面沖擊力學(xué)特性，并提供了六韌帶手型蜂窩相對(duì)密度公式，即

式中：ρ*為該蜂窩結(jié)構(gòu)材料的密度；ρs為該基體材料的密度.α、β為量綱一的參數(shù)α=l/r，β=t/r.

正六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)作為常見的蜂窩結(jié)構(gòu)其在力學(xué)性能測(cè)試與理論研究上，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做過(guò)很多研究.富明慧等[13]研究了六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)的常見形變規(guī)律，對(duì)Gibson公式進(jìn)行了改進(jìn)并得出了正六邊形蜂窩芯子的彈性參數(shù)公式.文獻(xiàn)[14]研究了類蜂窩與正六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)等效力學(xué)參數(shù)對(duì)比與分析的方法，并提供了正六邊形蜂窩相對(duì)密度公式，即

式中：t為蜂窩結(jié)構(gòu)胞壁厚度；l為胞壁的長(zhǎng)度；θ為六邊形內(nèi)夾角.內(nèi)凹角蜂窩結(jié)構(gòu)作為常見的負(fù)泊松比蜂窩結(jié)構(gòu)，因其具有在能量吸收與抗壓性能的增強(qiáng)，在結(jié)構(gòu)抗沖擊性設(shè)計(jì)上被廣泛應(yīng)用.Gibson等[15]就已經(jīng)提出了內(nèi)凹六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，并通過(guò)研究得出該結(jié)構(gòu)的力學(xué)能效法.其中傳統(tǒng)正泊松比蜂窩結(jié)構(gòu)的內(nèi)凹角為θ>180°，當(dāng)凹角為θ<180°時(shí)該蜂窩結(jié)構(gòu)為內(nèi)凹六邊形蜂窩結(jié)構(gòu).尹藝峰等[16]研究了內(nèi)凹六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)在低速載荷下的吸能特性與應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，并給出內(nèi)凹六邊形向?qū)γ芏裙?，?/p>

式中：ρm為內(nèi)凹形蜂窩結(jié)構(gòu)的材料密度；VA為內(nèi)凹形蜂窩結(jié)構(gòu)的實(shí)際體積；c為內(nèi)凹形蜂窩結(jié)構(gòu)的厚度；V=m×n×c為內(nèi)凹形蜂窩結(jié)構(gòu)的所用的體積.

三角形蜂窩結(jié)構(gòu)作為一種新型蜂窩近幾年已經(jīng)有學(xué)者展開實(shí)驗(yàn)研究.文獻(xiàn)[17]利用有限元研究了三角形蜂窩結(jié)構(gòu)共面沖擊與能量吸能的影響.文獻(xiàn)[18]設(shè)計(jì)了一種旋轉(zhuǎn)三角形蜂窩結(jié)構(gòu)，并通過(guò)有限元模擬了其形變過(guò)程中沖擊速度與旋轉(zhuǎn)角對(duì)其的影響.通過(guò)比較得出了在相對(duì)密度相同的情況下，該蜂窩結(jié)構(gòu)的能量吸收能力比正六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)更出色.孫德強(qiáng)等[19]研究了沖擊速度對(duì)三角形蜂窩結(jié)構(gòu)共面沖擊力學(xué)性能的影響，并提供了三角形蜂窩結(jié)構(gòu)的相對(duì)密度公式，即

式中：t為蜂窩結(jié)構(gòu)胞壁厚度；l為胞壁的長(zhǎng)度；θ為斜邊與底邊的夾角；ρ*為三角形蜂窩的密度；ρs為該結(jié)構(gòu)材料的密度.

本文在上述研究的基礎(chǔ)上制作了手型結(jié)構(gòu)、六邊形結(jié)構(gòu)、內(nèi)凹六邊形、星形、三角形蜂窩結(jié)構(gòu)，利用3D打印技術(shù)制備出實(shí)驗(yàn)所需的試件，并對(duì)這5種蜂窩結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能實(shí)驗(yàn).通過(guò)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，探討了蜂窩結(jié)構(gòu)運(yùn)用在救災(zāi)時(shí)臨時(shí)性建筑的可能性.為更好的優(yōu)化傳統(tǒng)臨時(shí)性建筑的結(jié)構(gòu)與材料性能做出貢獻(xiàn).

1.2 實(shí)驗(yàn)材料與對(duì)比

本次實(shí)驗(yàn)選取聚乳酸(PLA)材料，PLA是一種合成高分子材料，因其具有良好力學(xué)性能，該材料在3D打印實(shí)驗(yàn)制作試件中較為常見.PLA材料在諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)PLA材料的改性以及針對(duì)該材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究與改進(jìn).本次實(shí)驗(yàn)使用常見的PLA材料進(jìn)行試件制備，因國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)PLA材料進(jìn)行了大量研究，實(shí)際施工中通過(guò)對(duì)材料的改性可以得到力學(xué)性能更好的材料.目前，屬于物理改進(jìn)PLA材料的方法為：共混改性與復(fù)合改性，這兩種改性的方法相對(duì)其他化學(xué)方法改性而言相對(duì)簡(jiǎn)單.文獻(xiàn)[20]通過(guò)共混改性的方法對(duì)聚乳酸進(jìn)行共混，并研究了打印工藝對(duì)PLA材料共混改性后制備的試件力學(xué)性能的影響. 結(jié)果表明：打印材料溫度220 ℃、3D打印精度在0.1 mm、填充密度為100%時(shí)，該試件材料的力學(xué)性能最佳.文獻(xiàn)[21]通過(guò)使用3D打印制備PLA材料，對(duì)其打印速度、溫度、填充密度、厚度等因素的調(diào)節(jié).研究了3D打印工藝對(duì)PLA打印后制作出的試件的力學(xué)性能影響. 結(jié)果表明：打印速度增加會(huì)導(dǎo)致拉伸與沖擊強(qiáng)度的降低；打印溫度的升高會(huì)使拉伸強(qiáng)度上升的同時(shí)導(dǎo)致沖擊強(qiáng)度降低；打印密度的上升也會(huì)使PLA材料制備出的試件拉伸強(qiáng)度與沖擊強(qiáng)度得到一定增強(qiáng).

使用3D打印方式制作的PLA材料產(chǎn)品，其輕便性、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)和自身材料優(yōu)異的力學(xué)性能等優(yōu)勢(shì)，有效地解決了使用傳統(tǒng)金屬材料體量過(guò)重、制作需提前制作模具可設(shè)計(jì)性不強(qiáng)等不足.在本次實(shí)驗(yàn)中使用的PLA材料具體參數(shù)見表1.

表1 使用PLA材料具體參數(shù)

1.3 蜂窩結(jié)構(gòu)制備

首先利用3DMAX軟件對(duì)所需制備的5種蜂窩結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D建模，根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)所需試件尺寸見表2，將制作完的3D模型以STL文件格式導(dǎo)入3D打印機(jī)自帶的切片軟件，模型的角度控制、弦長(zhǎng)等參數(shù)均按默認(rèn)設(shè)定；打印時(shí)噴頭以均勻速度按數(shù)控指令運(yùn)動(dòng)，將材料以試件邊界輪廓有序的堆積成一個(gè)平面層片，之后工作臺(tái)下降一層高度按邊界輪廓內(nèi)一層一層堆積疊加，直至完成整個(gè)實(shí)體試件.

表2 試件尺寸基本信息

3D打印機(jī)采用Anycubic MEGA-S單噴頭3D打印機(jī)，打印機(jī)噴頭溫度為：220 ℃，打印機(jī)噴頭直徑為0.4 mm，打印速度60 mm/s.

分別根據(jù)拉伸、三點(diǎn)彎曲、壓縮實(shí)驗(yàn)的試件尺寸制備出蜂窩結(jié)構(gòu)為：六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)、內(nèi)凹六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)、三角形蜂窩結(jié)構(gòu)和手性形蜂窩結(jié)構(gòu)，以及星形蜂窩結(jié)構(gòu). 所有試件均采用均勻拓補(bǔ)的方式制備(蜂窩結(jié)構(gòu)形狀圖為圖1(a)～(e)).

圖1 蜂窩結(jié)構(gòu)示意

為了確保制備的實(shí)驗(yàn)試件在拉伸實(shí)驗(yàn)、三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)、壓縮實(shí)驗(yàn)中的準(zhǔn)確性，減少誤差，對(duì)每一種蜂窩結(jié)構(gòu)在不同實(shí)驗(yàn)中制備出3個(gè)試件，實(shí)驗(yàn)后選相同試件的平均值，進(jìn)行力學(xué)性能對(duì)比、并且分析載荷位移曲線圖.在該實(shí)驗(yàn)中，使用Zwick/Z010型拉力機(jī)進(jìn)行蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能測(cè)試.

2 研 究

2.1 流程方案

本次實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕獮闇y(cè)試手型結(jié)構(gòu)、六邊形結(jié)構(gòu)、內(nèi)凹六邊形、星形、三角形蜂窩的力學(xué)性能.利用Zwick/Z010型萬(wàn)能拉力機(jī)對(duì)5種蜂窩進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)、三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)、壓縮實(shí)驗(yàn)均滿足GB/T1456-2005《夾層結(jié)構(gòu)彎曲性能試驗(yàn)方法》規(guī)定，其中壓頭加載速度為:2 mm/min.實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖2所示.

實(shí)驗(yàn)以拉伸、三點(diǎn)彎曲、壓縮為實(shí)驗(yàn)順序，首先按實(shí)驗(yàn)順序?qū)⒃嚰M(jìn)行排序，其次使用萬(wàn)能拉力機(jī)專用夾具固定實(shí)驗(yàn)試件，其中：拉伸實(shí)驗(yàn)采用拉力專用夾具，試件豎直擺放夾住上、下兩端后固定試件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)利用彎曲夾具，試件與工作臺(tái)平行擺放，夾具固定試件兩端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；壓縮實(shí)驗(yàn)利用專用壓縮夾具，夾具固定試件上、下兩端進(jìn)行實(shí)驗(yàn).試件安裝后使用萬(wàn)能拉力機(jī)均勻速度對(duì)試件施加載荷，并由位移傳感器測(cè)量位移，計(jì)算實(shí)驗(yàn)中試件的面內(nèi)縱向拉伸、壓縮和彎曲模量.載荷與位移數(shù)據(jù)利用max test軟件進(jìn)行采集，最后記錄不同實(shí)驗(yàn)每組試件數(shù)據(jù)的平均值.

圖2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程示意

2.2 結(jié)果分析

把測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel中，選取相同試件平均值結(jié)果導(dǎo)入origin對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像整理分析，5種蜂窩結(jié)構(gòu)芯子的載荷位移曲線如圖3～5所示.

拉伸實(shí)驗(yàn)如圖3所示，初始階段蜂窩芯子的拉伸曲線呈線性增加，載荷逐漸隨位移逐漸上升.隨著載荷逐漸上升手性蜂窩結(jié)構(gòu)可承受載荷應(yīng)力最大，在上升到峰值時(shí)出現(xiàn)剪切性斷裂；六邊形蜂窩所承受載荷應(yīng)力在接近1 000 N時(shí)，隨載荷增加位移緩慢增加，在其內(nèi)部形變的過(guò)程中剛度優(yōu)于手型蜂窩結(jié)構(gòu)；星型、三角形與內(nèi)凹六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)依靠?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)，在承受低強(qiáng)度載荷時(shí)可以獲得更多的內(nèi)面變形.

三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)如圖4所示，曲線呈現(xiàn)彈性上升趨勢(shì)，六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)在載荷達(dá)到峰值時(shí)試件發(fā)生第1次斷裂，曲線成直線下降，隨后因內(nèi)面形變?cè)谶_(dá)到500 N是出現(xiàn)緩慢下降直至試件失效；手型蜂窩開始曲線呈上升狀態(tài)在350 N時(shí)試件內(nèi)部發(fā)生斷裂，曲線呈緩慢趨勢(shì)下降，在100 N時(shí)依靠?jī)?nèi)部形變繼續(xù)承受載荷直至失效；內(nèi)凹六邊形蜂窩與星形蜂窩特性相近在承載低強(qiáng)度載荷時(shí)擁有更多韌性.

圖3 拉伸位移曲線

圖4 三點(diǎn)彎曲位移曲線

圖5 壓縮位移曲線

壓縮實(shí)驗(yàn)如圖5所示，手型蜂窩隨載荷增加緩慢增加位移，再上升至1 700 N時(shí)事件發(fā)生第1次斷裂，曲線繼續(xù)呈緩慢上升趨勢(shì)，在經(jīng)歷反復(fù)內(nèi)部形變與多次破壞后依舊可承載載荷值，當(dāng)曲線達(dá)到峰值時(shí)發(fā)生剪切性斷裂，隨后試件失效；星形結(jié)構(gòu)開始曲線呈上升趨勢(shì)，在到達(dá)1 000 N時(shí)曲線突然下降，試件開始第1次斷裂，而后曲線呈緩慢上升與緩慢下降的循環(huán)波動(dòng)狀態(tài).三角形蜂窩在承受載荷到峰值時(shí)曲線呈平緩狀態(tài)位移，依靠?jī)?nèi)部形變獲得了更多的韌性；內(nèi)凹六邊形蜂窩期初曲線成緩慢上升在承載600 N是曲線平穩(wěn)一段后發(fā)生破壞，隨后曲線呈折疊上升趨勢(shì)直至試件失效.

通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，蜂窩結(jié)構(gòu)承受載荷時(shí)起初主要呈線彈性變形.在單個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生破壞失效后，曲線突然下降，但是結(jié)構(gòu)仍可以繼續(xù)承受載荷，所以曲線下降后可以繼續(xù)上升.曲線中每一個(gè)突然下降的拐點(diǎn)，都代表了一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生了破壞失效.其中六邊形蜂窩芯子的彎曲剛度更好，整體力學(xué)特性較為穩(wěn)定，整體實(shí)驗(yàn)效果韌性較為突出；負(fù)泊松比蜂窩中手型蜂窩可受載荷最多，其抗壓性能相比其他4種蜂窩更強(qiáng)；內(nèi)凹六邊形蜂窩與三角形蜂窩性能相對(duì)接近，其中壓縮實(shí)驗(yàn)中，在承受一定載荷的情況下，依靠?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)持續(xù)增加位移；星形蜂窩綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看效果最低.

根據(jù)以上分析手型蜂窩與六邊形蜂窩的抗彎剛度與硬度、韌性更好，可以獲得更多的內(nèi)部變形，有較好的力學(xué)特性.可以滿足使用在臨時(shí)性建筑墻體中的變形與剛度需求.試件破壞圖為圖6所示.

圖6 實(shí)驗(yàn)試件破壞圖

2.3 對(duì)比分析

近年來(lái)，臨時(shí)性建筑所用材料多為可循環(huán)回收的生態(tài)材料如：紙筒、竹子、木頭、農(nóng)作物纖維以及模塊化的臨時(shí)性帳篷.其中文獻(xiàn)[22]給出竹材本身拉伸強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度可達(dá)到150 MPa左右，抗壓強(qiáng)度60～70 MPa.普通竹材的力學(xué)性能優(yōu)于普通的木材的力學(xué)性能；文獻(xiàn)[23]在對(duì)四川成都華林小學(xué)這一坂茂的紙建筑案例分析中給出：以紙管為建材其拉伸強(qiáng)度為890 kN/cm2，普通木材的拉伸強(qiáng)度為1 170～1 470 kN/cm2，紙管材料的力學(xué)性能與木材的力學(xué)性能接近；文獻(xiàn)[24]給出PLA材料最大彎曲強(qiáng)度為114.7 MPa，壓縮強(qiáng)度為103 MPa.PLA材料的力學(xué)性能優(yōu)于普通竹板、紙筒、木材這幾種常見臨時(shí)性建筑材料.

通過(guò)本文實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論可知，利用PLA材料制備出的六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)與手型蜂窩結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用到臨時(shí)性建筑中時(shí)，其材料與結(jié)構(gòu)完全可以滿足實(shí)際應(yīng)用需求，甚至其力學(xué)性能還優(yōu)于傳統(tǒng)材料與結(jié)構(gòu).

3 結(jié) 論

1)本文利用3D打印技術(shù)，使用PLA材料設(shè)計(jì)制備了5種蜂窩結(jié)構(gòu)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了手型蜂窩結(jié)構(gòu)、六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)、內(nèi)凹六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)、星形蜂窩結(jié)構(gòu)和三角形蜂窩結(jié)構(gòu)的拉伸、三點(diǎn)彎曲、壓縮的力學(xué)性能.

2)手型蜂窩結(jié)構(gòu)可承載力比其他4種蜂窩更為突出；六邊形蜂窩的綜合數(shù)值最好；其中星形蜂窩的力學(xué)性能較差.在實(shí)驗(yàn)中相同密度與壁厚的負(fù)泊松比蜂窩整體力學(xué)特性較傳統(tǒng)六邊形蜂窩較為不足.手型蜂窩與六邊形蜂窩面內(nèi)方向具有較好的可內(nèi)部變形能力，外部承載力也具有良好變現(xiàn).

3)運(yùn)用PLA材料制備的手型蜂窩與六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，其材料與結(jié)構(gòu)特性質(zhì)量比傳統(tǒng)木材、竹子等材料更加輕便、節(jié)省人力，并且具有良好的力學(xué)特性，本文設(shè)計(jì)的蜂窩結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用至災(zāi)后臨時(shí)性建筑中，可以很大程度降低在遇到災(zāi)害時(shí)的二次受災(zāi)，增加人們的安全系數(shù).同時(shí)3D打印技術(shù)的應(yīng)用可以制造出結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜、穩(wěn)定性強(qiáng)的結(jié)構(gòu).