具有层级互锁的梁状拓扑互锁结构
数值分析
2023-05-24 v3 数值分析
摘要
拓扑互锁材料与结构由无粘结的互锁构件组装而成，是面向多功能结构应用的有前景概念。已表明它们具有优异的力学性质，包括刚度、强度和韧性的出色组合，超越常见工程材料所能达到的水平。近期工作建立了梁状拓扑互锁结构强度与韧性的理论上限。然而，该理论上限仅对摩擦系数不切实际地高的结构方可达到；因此，在实际结构中是否可达仍属未知。在此，我们展示一种受生物系统启发的拓扑互锁层级方法克服了这些限制，并为优化力学性能提供途径。我们考虑具有可控幅值与波长正弦表面形貌的梁状拓扑互锁结构，并通过数值模拟考察其性质。结果表明，表面形貌的存在提高了界面的有效摩擦强度，若设计得当，可使我们以实际摩擦系数达到结构承载能力的理论上限。此外，我们观察到表面形貌对界面有效摩擦系数的贡献可由结合表面曲率与表面梯度的判据很好地描述。我们的研究展示了在梁状拓扑互锁结构中构造表面形貌以显著提升其结构性能的能力。
引用
@article{arxiv.2212.06454,
title = {Beam-like topologically interlocked structures with hierarchical interlocking},
author = {Ioannis Koureas and Mohit Pundir and Shai Feldfogel and David S. Kammer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2212.06454},
year = {2023}
}