Recent years have seen growing application potential for Lattice-skin Plate Structures in advanced manufacturing fields such as aerospace and automotive engineering. For multiscale performance evaluation of such structures, conventional homogenization methods for lattice-filled volume structures are often used for equivalent analysis. However, in finite-thickness Lattice-skin Plate Structures, periodic boundary conditions imposed along the three orthogonal directions of the representative cell cannot adequately capture the boundary effect of the free surfaces in the thickness direction, which introduces bias into the prediction of effective properties. To reduce this bias, this study develops and open-sources a homogenization method for Lattice-skin Plate Structures, forming an open-source computational framework for this class of structures. Representative numerical examples show that the framework can stably extract effective plate/shell stiffness matrices and can be extended to predict multiphase material properties and analyze steady-state heat conduction. The tool provides an open and reusable analysis foundation for the high-fidelity design of multifunctional lightweight structures.


翻译:近年来,格子-蒙皮板壳结构在航空航天、汽车工程等先进制造领域展现出日益增长的应用潜力。针对此类结构的多尺度性能评估,通常采用传统适用于格子填充体积结构的均质化方法进行等效分析。然而,在有限厚度的格子-蒙皮板壳结构中,沿代表性胞元三个正交方向施加的周期性边界条件无法准确捕捉厚度方向自由表面的边界效应,导致等效性能预测存在偏差。为降低该偏差,本研究开发并开源了一种适用于格子-蒙皮板壳结构的均质化方法,形成了该类结构的开源计算框架。代表性数值算例表明,该框架能够稳定提取等效板/壳刚度矩阵,并可拓展用于预测多相材料属性及分析稳态热传导问题。该工具为多功能轻质结构的高保真设计提供了开放且可复用的分析基础。

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