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Design Study for Multifunctional 3D Re-entrant Auxetics
Advanced Engineering Materials ( IF 3.4 ) Pub Date : 2021-09-12 , DOI: 10.1002/adem.202100816 Stefan Bronder 1 , Franziska Herter 2 , Anabel Röhrig 2 , Dirk Bähre 2 , Anne Jung 1
Advanced Engineering Materials ( IF 3.4 ) Pub Date : 2021-09-12 , DOI: 10.1002/adem.202100816 Stefan Bronder 1 , Franziska Herter 2 , Anabel Röhrig 2 , Dirk Bähre 2 , Anne Jung 1
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The increasing demands of safety, cost reduction, or weight reduction on components call for new, multifunctional materials. Mechanical metamaterials, such as auxetic materials, provide enhanced properties due to a specially tailored microstructure. The negative Poisson's ratio of auxetics, for instance, increases the impact and thermal shock resistance. Herein, a parametrized model of a modified auxetic structure is simulated using the finite-element software ABAQUS. Three out of five geometry parameters are varied between a minimum and maximum value to establish their impact on the energy absorption capacity and the Poisson's ratio using design of experiment (DoE). All eight resulting structures are additively manufactured by selective laser melting (SLM) and experimentally investigated under uniaxial compression to validate the simulations. The size of a unit cell has the biggest impact on both target values. Energy absorption capacity and Poisson's ratio are directly competing in optimization; hence, a compromise is necessary. The quasistatic compression experiments verify the simulation results up to the first collapse. Afterward, the specimens are brittle, which is not accounted for in the simulations, and this may result from the high process complexity of SLM manufacturing.
中文翻译：
多功能 3D 可重入拉胀剂的设计研究
对组件的安全性、降低成本或减轻重量的需求不断增加，需要新的多功能材料。由于特殊定制的微观结构，机械超材料（例如拉胀材料）提供了增强的性能。例如，拉胀剂的负泊松比增加了抗冲击性和抗热震性。在此，使用有限元软件 ABAQUS 模拟了修改后的拉胀结构的参数化模型。五分之三的几何参数在最小值和最大值之间变化，以使用实验设计 (DoE) 确定它们对能量吸收能力和泊松比的影响。所有八个所得结构均通过选择性激光熔化 (SLM) 增材制造，并在单轴压缩下进行实验研究以验证模拟结果。单元格的大小对这两个目标值的影响最大。能量吸收能力和泊松比直接竞争优化；因此，妥协是必要的。准静态压缩实验验证了直到第一次坍塌的模拟结果。之后，试样变脆，这在模拟中没有考虑，这可能是由于 SLM 制造的高工艺复杂性造成的。准静态压缩实验验证了直到第一次坍塌的模拟结果。之后，试样变脆，这在模拟中没有考虑，这可能是由于 SLM 制造的高工艺复杂性造成的。准静态压缩实验验证了直到第一次坍塌的模拟结果。之后，试样变脆，这在模拟中没有考虑，这可能是由于 SLM 制造的高工艺复杂性造成的。
更新日期：2021-09-12
中文翻译：
多功能 3D 可重入拉胀剂的设计研究
对组件的安全性、降低成本或减轻重量的需求不断增加，需要新的多功能材料。由于特殊定制的微观结构，机械超材料（例如拉胀材料）提供了增强的性能。例如，拉胀剂的负泊松比增加了抗冲击性和抗热震性。在此，使用有限元软件 ABAQUS 模拟了修改后的拉胀结构的参数化模型。五分之三的几何参数在最小值和最大值之间变化，以使用实验设计 (DoE) 确定它们对能量吸收能力和泊松比的影响。所有八个所得结构均通过选择性激光熔化 (SLM) 增材制造，并在单轴压缩下进行实验研究以验证模拟结果。单元格的大小对这两个目标值的影响最大。能量吸收能力和泊松比直接竞争优化；因此，妥协是必要的。准静态压缩实验验证了直到第一次坍塌的模拟结果。之后，试样变脆，这在模拟中没有考虑，这可能是由于 SLM 制造的高工艺复杂性造成的。准静态压缩实验验证了直到第一次坍塌的模拟结果。之后，试样变脆，这在模拟中没有考虑，这可能是由于 SLM 制造的高工艺复杂性造成的。准静态压缩实验验证了直到第一次坍塌的模拟结果。之后，试样变脆，这在模拟中没有考虑，这可能是由于 SLM 制造的高工艺复杂性造成的。
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