Обзор существующих типов, современных методов анализа, изготовления и испытаний стержневых заполнителей
Автор: С. А. Пикулин, А. В. Лопатин
Журнал: Космические аппараты и технологии.
Рубрика: Новые материалы и технологии в космической технике
Статья в выпуске: 2, 2026 года.
Бесплатный доступ
Стержневые заполнители являются новым типом материала для трехслойных панелей и имеют ряд уникальных свойств в сочетании с высокими прочностью и жесткостью. Данный тип заполнителя начал исследоваться относительно недавно и еще не нашел широкого применения в конструкциях. С целью определения основных направлений исследований выполнен обзор существующих типов, методов изготовления, анализа и испытаний стержневых заполнителей. Наиболее популярными типами являются пирамидальный и объемно-центрированный кубический. Выявлены наиболее перспективные методы изготовления в зависимости от исходного материала: трехмерная печать для металлов; укладка, вставные стержни и сборка из нарезанных пластин для композитных заполнителей. В работе рассмотрены вопросы моделирования стержневого заполнителя. С целью сокращения размерности моделей большинством исследователей используются осредненные характеристики заполнителя. Однако практически отсутствуют данные по применимости данного метода во всем диапазоне возможных изменений параметров заполнителя. Методы испытаний сильно ограничены, для их расширения требуется создание и отработка реальных конструкций. Таким образом, дальнейшие исследования должны быть направлены на исследование указанных типов заполнителей, отработку методов их изготовления и испытаний, на повышение точности расчетов и их соответствия реальным конструкциям.
Стержневой заполнитель, ячеистая структура, композиционный материал, 3D‑печать
Короткий адрес: https://sciup.org/14138841
IDR: 14138841 | УДК: 629.7/620.22 | DOI: 10.26732/j.st.2026.2.04
Overview of existing types, modern methods of analysis, manufacture and testing of truss lattice cores
Truss lattice cores are new type of material for three-layer panels and have a number of unique properties combined with high strength and stiffness. This type of core has been studied recently and has not found wide application in structures yet. In order to determine the main research directions, a review of existing types, methods of manufacturing, analysis and testing of lattice cores has been performed. The most popular types are pyramidal and body-centered cubic. The most promising manufacturing methods have been identified, depending on the source material: 3D-printing for metals; laying, insertion rods and assembly from cut plates for composite cores. The paper considers the issues of lattice core modeling. In order to reduce the size of models, most researchers use averaged lattice characteristics. However, there is practically no data on the applicability of this method in the entire range of possible changes in the core parameters. The test methods are very limited, and their expansion requires the creation and testing of real structures. Thus, further research should be aimed at researching these types of truss lattice cores, developing methods for their manufacture and testing, improving the accuracy of calculations and their compliance with real structures.
Список литературы Обзор существующих типов, современных методов анализа, изготовления и испытаний стержневых заполнителей
- HEXCEL. Honeycomb sandwich design technology. 1998.
- Benedetti M., Plessis A., Ritchie R. O., Architected cellular materials: A review on their mechanical properties towards fatigue-tolerant design and fabrication // Materials Science & Engineering R. 2021. 144. 100606.
- Gibson L. J., Ashby M. F., Harley B. A. Cellular Materials in Nature and Medicine. Cambridge University Press, 2010.
- Hanks B., Berthel J., Frecker M., Simpson T. W., Mechanical properties of additively manufactured metal lattice structures: Data review and design interface // Additive Manufacturing. 2020. 35. 101301.
- Hunt C. J., Morabito F., Grace C., Zhao Y., Woods B. K. S. A review of composite lattice structures // Composite Structures. 2022. 284. 115120.
- Milner B., Gradl P., Shedden G., Brooks M., Pitot J., Lopez E. et al. Metal additive manufacturing in aerospace: A review // Materials & Design. 2021. 209. 1110008.
- Miao X., Hu J., Xu Y., Su J., Jing Y. Review on mechanical properties of metal lattice structures // Composite Structures. 2024. 342. 118267.
- Liu R., Chen W., Zhao J. A Review on Factors Affecting the Mechanical Properties of Additively Manufactured Lattice Structure // Journal of Materials Engineering and Performance. 2024. 33. 4685–4711.
- Khan N., Riccio A. A systematic review of design for additive manufacturing of aerospace lattice structures: Current trends and future directions // Progress in Aerospace Sciences. 2024. 149. 101021.
- Wu Q., Ma L., Wu L. A novel strengthening method for carbon fiber composite lattice truss structures // Composite Structures. 2016. 153. 585–592.
- Hu B., Wu L. Z., Xiong J., Ma L., Yang W., Jin Y. Mechanical properties of a node-interlocking pyramidal welded tube lattice sandwich structure // Mechanics of Materials. 2019. 129. 290–305.
- Zhang P., Han Z., Ran X., Sun S., Fu H. Path design and compression behavior of 3D printed continuous carbon fiber reinforced composite lattice sandwich structures // Composite Structures. 2022. 296. 115893.
- Zhang J., Zhao T., Yi Y., An Q., Yanagimoto J. Additive manufacturing assisted fabrication of octet truss structures using continuous carbon fiber composites and the resulting mechanical responses // Journal of Materials Processing Technology. 2023. 319. 118089.
- Meng S., Wang Q., Zhong R., Qin B. Legendre–Ritz solutions for vibration characteristics of three-dimensional double-layer lattice truss sandwich plates // Thin–Walled Structures. 2024. 203. 112185.
- Yang X., Chen Z., Yang J., Liu H. Static and dynamic response of pyramidal lattice sandwich plate with composite face sheets reinforced by graphene platelets // Engineering Structures. 2024. 310. 118122.
- Zhao R., Gu X., Wu T., Li Y., Zhao X., Li H., Liang J. Compression behavior of direct compounded compression molded short carbon fiber reinforced thermoplastic pyramidal lattice truss core // Composites Part B. 2024. 284. 111686.
- Chen Y., Zhong R., Wang Q., Chen L., Qin B. Free vibration analysis and multi-objective robust optimization of three dimensional pyramidal truss core sandwich plates with interval uncertain parameters // European Journal of Mechanics / A Solids. 2024. 108. 105401.
- Cadart T., Hirschler T., Bahi S., Roth S., Demoly F., Lebaal N. An optimal penalty method for the joint stiffening in beam models of additively manufactured lattice structures // International Journal of Solids and Structures 2025. 306. 113107.
- Zhang X., Zhou H., Shi W., Zeng F., Zeng H. Vibration Tests of 3D Printed Satellite Structure Made of Lattice Sandwich Panels // AIAA Journal. 2018. 326. 084082.
- Chen Q., Shishvan S., Zhang S., Shaikeea A., Park J., Xu Z. et al. Embedded 3D printing of isotropically enhanced lattice structure with programmable elasticity via three-dimensional fiber alignment // Additive Manufacturing. 2025. 105. 104783.
- Cao X., Lin Y., Fan H. Large-diameter metal matrix composite lattice truss sandwich cylinder: Additive manufacturing, testing and analyzing // Composite Structures. 2023. 304. 116445.
- Li X., Cong F., Zhang Y., Qin Z. Effect of high-low temperature on the compressive and shear performances of composite sandwich panels with pyramidal lattice truss cores // Composite Structures. 2022. 292. 115675.
- Lou J., Wu L., Ma L., Xiong J., Wang B. Effects of local damage on vibration characteristics of composite pyramidal truss core sandwich structure // Composites: Part B. 2014. 62. 73–87.
- ANSYS. URL: https://ansys.com (дата обращения: 28.04.2026).
- Ma T., Zhang W., Zhang Y., Arner A. Nonlinear vibrations, bifurcations and chaos of piezoelectric composite lattice sandwich plate with four simply supported edges // Chaos, Solitons and Fractals. 2024. 183. 114940.
- Subramaniyan S. K. Manufacture and Testing Carbon Fiber Lattice Core Sandwich Structures // Thesis submitted in accordance with the requirements of the University of Liverpool for the degree of Doctor of Philosophy. University of Liverpool, 2019.
