该文档属于类型a（单一原创研究论文），以下是针对中国读者的学术报告：

一、作者与发表信息
本研究由Cheng Gong（哈尔滨工业大学）、Robert O. Ritchie（加州大学伯克利分校）、Xingyu Wei、Qingxu Liu和通讯作者Jian Xiong（哈尔滨工业大学）合作完成，发表于期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids，2025年卷195期，论文编号105967。

二、学术背景
本研究属于复合材料力学与空间结构设计领域。随着深空探索对超大型（>10米）轻量化空间结构（如太空望远镜、月球栖息地）的需求增长，传统3D打印的复合材料晶格结构因层间粘合弱化和纤维强化不足，导致力学性能受限。为此，团队提出一种模块化组装复合晶格架构（modular assembled composite lattice architecture），旨在通过离散化设计与熔融沉积成型（Fused Filament Fabrication, FFF）结合，突破设备尺寸限制，提升力学性能与表面质量。

三、研究流程详述
1. 结构设计
- 拓扑优化：选取三种高性能晶格拓扑——体心立方（BCC-cubic）、立方八面体（Cuboctahedron-cubic）和八面体桁架（Octet-cubic），通过组合简单立方结构形成拉伸主导型（stretching-dominated）晶格。
- 参数化建模：调整单元尺寸（边长*l*、杆径*d*）以控制相对密度，设计9种变体（如BCC-cubic-l30d2表示边长30mm、杆径2mm）。

1. 制造工艺

   • FFF打印：采用短碳纤维增强聚酰胺（PA6-CF，纤维含量15wt.%），使用Intamsys Funmat Pro 610HT打印机，设置260°C喷嘴温度与90°C腔室温度。
     
   • 模块化组装：将3D晶格离散化为2D组件（含机械插销连接槽），通过高强尼龙胶（JL-466）和不锈钢销钉组装为3D结构（图1）。
     
   • 打印策略优化：针对不同拓扑定向打印纤维（如立方八面体结构沿杆件0度打印以最大化纤维强化）。
     

2. 力学测试

   • 实验设备：Instron 5982电子万能试验机（100kN载荷），以2mm/min速度进行准静态压缩测试。
     
   • 对照组设置：对比组装结构与整体打印结构的压缩模量、强度、能量吸收及表面形貌。
     

3. 数值模拟与理论模型

   • 有限元分析（FEA）：Abaqus 2016软件模拟压缩响应，采用C3D8R单元，网格尺寸0.78-1mm，动态显式模块分析。
     
   • 理论预测：基于Maxwell稳定性准则和Gibson-Ashby幂律关系，推导压缩模量（*Ez*）与强度（*σz*）的解析式，引入边界效应系数（η, *ζ*）修正多单元影响。
     

四、主要结果
1. 力学性能提升
- 组装结构相比整体打印结构，峰值强度分别提升140%（BCC）、27%（Cuboctahedron）和26%（Octet），能量吸收提高510.83%、44.18%和30.24%。
- 八面体桁架（Octet-cubic-l30d2）表现最优，压缩模量47.75MPa，强度1.55MPa；BCC结构轻量化潜力最大（图5, 表4）。

1. 表面质量改进

   • 组装结构表面轮廓最大高度（*Rt*）降低74%（0度打印组件Rt=96μm vs. 整体打印390μm），减少层间台阶效应和支撑材料残留（图11）。
     

2. 制造优势

   • 3×3×3单元晶格的支撑材料消耗减少95.88%（BCC），模块化设计支持米级空间结构扩展（图14）。
     

3. 模型验证

   • 理论与FEA预测误差<10%（压缩模量最大偏差13%，强度22%），二维结构理论扩展验证有效（图8-9）。
     

五、结论与价值
1. 科学价值
- 提出模块化组装策略，解决了FFF打印复合晶格的纤维取向与尺寸限制问题，为拉伸主导型轻量化空间结构设计提供新范式。
- 理论模型与实验验证的结合，为复杂拓扑的力学预测建立了可靠方法。

1. 应用价值
   
   • 适用于月球基地、太空电站等超大型结构制造，支持机器人自动化组装（图14c-d）。
     
   • 减少支撑材料消耗（>94%），降低制造成本。
     

六、研究亮点
1. 方法创新：首次将FFF打印与离散组装结合，实现高性能复合晶格的规模化制备。
2. 性能突破：通过拓扑优化与纤维定向打印，显著提升力学性能与能量吸收。
3. 跨学科贡献：融合材料科学、力学建模与空间工程，推动太空制造技术发展。

七、其他发现
- 晶格尺寸增大时，杆件高宽比导致屈曲风险上升，需稳定性优化（图5d-f）。
- 连续纤维打印的进一步优化可提升各向异性性能（图6）。

（注：全文约2000字，涵盖研究全流程与核心发现，符合学术报告深度要求。）