二维网络材料中面内与面外刚度之间的反常关系
应用物理
2021-06-30 v1
摘要
对于由连续体构件构成的离散空间结构——薄网络材料,发现了由面内和面外刚度定义的有效厚度上的一个悖论,即有效厚度非常量而随加载模式变化。为揭示该悖论下的机制,我们建立了微力学框架以研究网络材料的变形机制并预测其刚度矩阵。研究表明,网络材料可通过网络中构件的轴向拉伸/压缩承受面内载荷,并通过构件的弯曲和扭转抵抗面外载荷。如连续体板那样,构件的弯曲变形通过有效厚度与轴向拉伸/压缩相对应,而扭转变形与轴向拉伸/压缩无关。孤立的扭转变形打破了面内刚度与面外刚度之间的经典刚度关系,该关系在随机网络材料中甚至可被刚度阈值效应进一步扭曲。据此,总结了一个新的公式来描述这一反常刚度关系。该网络模型结合分子结构力学模型亦可应用于原子尺度二维纳米材料。本工作为理解从原子尺度到宏观尺度的离散材料/结构的力学性质提供了见解。
引用
@article{arxiv.1901.04203,
title = {Anomalous relation between in-plane and out-of-plane stiffnesses in 2D networked materials},
author = {Fei Pan and Feng Zhang and Yuli Chen and Zhi Liu and Xiaoling Zheng and Bin Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.04203},
year = {2021}
}