基于星形多边形拼贴的结构化平面晶格的弹性静力学
软凝聚态物质
2023-01-05 v2 材料科学
摘要
我们提出了基于星形多边形拼贴的结构化平面晶格的全景视图。对由系统排布的三角形、正方形或六边形构成的四个星形多边形晶格子族进行了数值与实验研究。基于有限元的均匀化方法计算了泊松比、弹性模量、剪切模量与面内体积模量。由此建立了对性能范围与微观力学变形机制的全面理解。调整星形多边形角度实现了弹性模量超过 250 倍的变化范围、密度超过 10 倍的变化范围，以及泊松比从 到 的范围。通过新颖打印策略实现的增材制造晶格在性能上表现出良好的一致性。所有晶格的参数化增材制造流程可在 \url{www.fullcontrol.xyz/#/models/1d3528} 获取。四个子族中的三个表现出面内弹性各向同性。其中一个在低密下呈现高刚度与拉胀性，且主要以轴向变形模式为主，而其他三个晶格则以弯曲变形为主。通过性能图谱所展示的可达性能范围，证明了传统材料性能空间的拓展。具有 Triangle-Triangle、Kagome、Hexagonal、Square、Truncated Archimedean、Triangular 与 Truncated Hexagonal 拓扑的晶格超材料已在文献中分别被研究。本文表明，这些结构均属于所提出的整体晶格族。
引用
@article{arxiv.2209.09899,
title = {Elastostatics of star-polygon tile-based architectured planar lattices},
author = {Celal Soyarslan and Andrew Gleadall and Jiongyi Yan and Hakan Argeso and Emrah Sozumert},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.09899},
year = {2023}
}