ПРОГРАММИРУЕМОЕ ПОВЕДЕНИЕ МЕТАМАТЕРИАЛА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ СПОСОБА СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЯЧЕЕК

Сведения об авторе

Аннотация

Работа посвящена численному анализу одноосного нагружения образца из механического метаматериала. Структура механического метаматериала построена из кольца и четырех связок, составляющих тетрахиральную структуру. Особенность подобной структуры заключена в скручивании образца под силовой нагрузкой. Рассмотрены два метода соединения ячеек в метаматериале «присоединение» и «внахлест». Метод соединения ячеек «присоединение» увеличивает толщину некоторых элементов внутренней структуры образца, что позволяет рассматривать это как топологический дефект метаматериала. Соединение методом «внахлест» позволяет экономить базовый материал, из которого построена тетрахиральная структура. Различия в структуре при построении трехмерного образца приводят к существенному изменению его характеристик. Численное решение задачи осуществляется в трехмерной постановке с использованием метода конечных элементов. Определяющее соотношение, описывающее поведение модели, соответствует закону Гука. Численное моделирование одноосного нагружения образцов позволило получить результаты их механического отклика и проанализировать эффективные свойства метаматериалов. Топологический дефект в виде утолщения элементов внутренней структуры приводит к различию линейных размеров образцов. Увеличенная толщина в местах соединения элементарных ячеек также привела к уменьшению эффективной плотности образца из метаматериала. Этот же образец продемонстрировал тройное увеличение значения модуля упругости. Большая способность к сопротивлению деформированию привела к уменьшению эффекта скручивания по сравнению с образцом, ячейки которого соединялись методом «внахлест». Полученные результаты позволят программировать механическое поведение и свойства образцов из метаматериала.

Ключевые слова

механический метаматериалячеистая структурасоединение ячеекхиральностьчисленное моделированиеметод конечных элементовупругое деформированиесоотношение структура – свойстваскручиваниеэффективные характеристики.

Литература

  1. 1.A system for designing and 3D printing of porous structures A. Ullah, H. Kiuno, A. Kubo, D.M. D'Addona CIRP Annals. – 2020. – Vol. 69, no. 1. – P. 113–116. DOI 10.1016j.cirp.2020.04.088 Scholar
  2. 2.Renewable energy harvesting and absorbing via multi-scale metamaterial systems for Internet of things T. Tan, Zh. Yan, H. Zou, K. Ma, F. Liu, L. Zhao, Zh. Peng, W. Zhang Applied Energy. – 2019. – Vol. 254, no. 113717. DOI 10.1016j.apenergy.2019.113717 Scholar
  3. 3.Bhullar S.K., Lala N.L., Ramkrishna S. Smart biomaterials – a review. Review on advanced Materials Science. – 2015. – Vol. 40. – P. 303–314. Scholar
  4. 4.Akhmetshin L.R., Smolin I.Yu. Influence of unit cell parameters of tetrachiral mechanical metamaterial on its effective properties Nanoscience and Technology An International Journal. – 2020. – Vol. 11, no. 3. – P. 265–273. DOI 10.1615NanoSciTechnolIntJ.2020033737 Scholar
  5. 5.Topological defects produce exotic mechanics in complex metamaterials A.S. Meeussen, E.C. Oğuz, Y. Shokef, M. Hecke Nature Physics. – 2019. – Vol. 16. – P. 307. DOI 10.1038s41567-019-0763-6 Scholar
  6. 6.Response evolution of mechanical metamaterials under architectural transformations A.S. Meeussen, E.C. Oğuz, M. Hecke, Y. Shokef New Journal of Physics. – 2020. – Vol. 22, no. 023030. DOI 10.10881367-2630ab69b5 Scholar
  7. 7.Akhmetshin L.R., Smolin I.Yu. Analysis of Stress and Strain in the Tetrachiral Metamaterial with Different Kinds of Unit Cell Connections Procedia Structural Integrity. – 2022. – Vol. 35. – P. 247–253. DOI 10.1016j.prostr.2021.12.071 Scholar
  8. 8.Three-dimensional mechanical metamaterials with a twist T. Frenzel, M. Kadic, M. Wegener Science. – 2017. – Vol. 358. – No. 6366. – P. 1072. DOI 10.1126science.aao4640 Scholar
  9. 9.Bryukhanov I.A., Gorodtsov V.A., Lisovenko D.S. Atomistic Modeling of the Mechanical Properties of Chiral Metallic Nanotubes Physical Mesomechanics. – 2020. – Vol. 23, no. 6. – P. 477–486. DOI 10.1134S102995992006003X Scholar
  10. 10.Mechanical metamaterials and their engineering applications J.U. Surjadi, L. Gao, H. Du, X. Li, X. Xiong, N.X. Fang, Y. Lu Advanced Engineering Materials. – 2019. – Vol. 21, no. 1800864. DOI 10.1002adem.201800864 Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 1, 2023)

Показаны 12 из 15

Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
29.05.2023
В выпуске
29.05.2023
Выпуск
№ 1 (2023)
Поделиться