超轻超刚纳米纸板夹芯板:力学分析、表征与设计原理
应用物理
2023-02-27 v1
摘要
我们提出一类用于光泳悬浮应用的超轻超刚夹芯板,并通过计算分析与微力学测试研究其力学行为。该夹芯板由两块面板与一种芯层连接而成,芯层由按基于蜂窝的六边形图案排布的中空圆柱韧带构成。计算建模表明,与具有编织芯层的类似板相比,这些板具有更优的抗弯刚度与屈曲阻力,且其行为可由Uflyand-Mindlin板理论很好地描述。通过优化面板厚度与韧带壁厚之比,可获得弯曲刚度比具有相同面密度的实心板大五个数量级以上的板。利用可扩展的微加工工艺,我们展示了可在数小时内制造出尺寸达3x3 cm^2、密度为20 kg/m^3的板。板的微力学测试通过使用纳米压痕仪使微加工悬臂板发生挠曲来进行。悬臂板实验测得的弯曲刚度与计算结果非常吻合,展示了对微加工板的尺寸、形貌与性能的精细控制。
引用
@article{arxiv.2211.02803,
title = {Ultralight and ultra-stiff nano-cardboard panels: mechanical analysis, characterization, and design principles},
author = {Jong-hyoung Kim and Lishuai Jin and Benjamin C. Schafer and Quan Jiao and Katia Bertoldi and David W. Keith and Joost J. Vlassak},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.02803},
year = {2023}
}
备注
Main: 26 pages, 10 figures. Supporting information: 5 pages, 4 figures