具有旋节线拓扑的孔材料的力学响应
材料科学
2019-04-16 v1
摘要
本文通过数值与实验手段研究了具有旋节线拓扑的孔材料的力学响应。旋节线微结构由 Cahn-Hilliard 方程的数值解生成。研究了两种不同的拓扑：“实体模型”，其中两相之一建模为实体材料，其余体积为空隙空间；以及“壳模型”，其中两相之间的界面假定为实体壳，其余体积建模为空隙空间。在这两种情况下，均研究了广泛的相对密度与旋节线特征尺寸范围。对所有数值生成的模型之拓扑与形貌进行了细致表征，以提取关键几何特征，并确保曲率分布与老化规律与旋节线分解的物理一致。为每个模型生成有限元网格，并提取单轴压缩刚度与强度。我们表明，密度在 30-70% 范围内的实体旋节线模型相对低效（即其强度与刚度随相对密度呈高次幂标度），而密度在 0.01-1% 范围内的壳旋节线模型异常刚硬且强壮。壳旋节线材料还显示出对缺陷极不敏感。这些发现通过直接激光写入（DLW）在微尺度打印的聚合物样品的原位单轴压缩实验得到验证。在低相对密度下，壳旋节线模型的强度与刚度优于大多数点阵材料，并接近各向同性孔材料的理论界限。最重要的是，这些材料可通过自组装技术在一系列长度尺度上制备，具有独特的可扩展性。
引用
@article{arxiv.1904.06733,
title = {The mechanical response of cellular materials with spinodal topologies},
author = {Meng-Ting Hsieh and Bianca Endo and Yunfei Zhang and Jens Bauer and Lorenzo Valdevit},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.06733},
year = {2019}
}