蜂窝结构长期以来因其轻质高强的特性而备受重视，成为各种工程应用的理想选择。传统的六边形蜂窝设计已被广泛应用，开发出满足特定机械要求的多种结构形式。然而，随着应用场景的日益多样化，越来越需要能在不同加载条件下提供特定机械响应的蜂窝结构。

为此，沈阳理工大学徐名扬团队开始关注新的设计方法，将梯度策略、生物结构和增材制造相结合，为设计具有优异力学性能或能量吸收能力的蜂窝结构提供新思路。

研究团队通过模仿竹壁横截面微观结构和蝙蝠翅膀骨架结构，设计了两种仿生梯度圆形蜂窝结构：壁启发嵌套自相似梯度蜂窝（WNSGH） 和骨架启发嵌套非自相似梯度蜂窝（SNNGH），并研究了这两种梯度蜂窝结构和常规圆形蜂窝结构（RCH）在三种加载速度下的面内压缩力学行为。

从左至右为3D打印样品：RCH、WNSGH和SNNGH

(a)RCH、(b) WNSGH及(c) SNNGH三种蜂窝结构的几何尺寸示意图。这三种蜂窝结构在平面内均包含6层结构。梯度蜂窝结构由不同几何构型的单元体自上而下逐层堆叠构成，每两层为一个梯度层级，最终形成三层梯度结构的蜂窝架构。

相关研究成果“Mechanical characteristics of additive manufactured biomimetic gradient circular honeycombs with nested strategy under static and dynamic loading”发表于国际力学领域的顶级期刊International Journal of Impact Engineering上，该期刊2023年影响因子为5.1。

研究人员还将甲虫翅鞘中肋板增强的微观结构引入传统六边形蜂窝中，结合多层梯度结构的特点，设计了两种肋板增强梯度蜂窝结构：壁肋增强梯度蜂窝（WRRGH）和顶点肋增强梯度蜂窝（VRRGH）。采用SLM技术制备了AlSi10Mg合金梯度蜂窝结构试件，并研究了这两种梯度蜂窝结构和均质六边形蜂窝结构在三种应变率（10⁻³ s⁻¹、220 s⁻¹、1500 s⁻¹）下的面内力学性能和能量吸收能力。

3D打印过程和选择性激光熔化(SLM)制造的梯度蜂窝试件：(a)打印方向；(b)制造过程；(c)成型试件

在3种应变率下这两种梯度蜂窝的比吸能（SEA）均大于均质蜂窝。本研究为设计具有优异力学性能和抗冲击能力的多层梯度蜂窝结构提供了新的视角。研究成果“Mechanical properties of additively manufactured AlSi10Mg alloy gradient honeycomb with rib reinforcement at different strain rates”发表于Thin-Walled Structures，2023年影响因子为5.7。

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