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Elastostatics of star-polygon tile-based architectured planar lattices
arXiv - PHYS - Soft Condensed Matter Pub Date : 2022-09-20 , DOI: arxiv-2209.09899 Celal Soyarslan, Andrew Gleadall, Jiongyi Yan, Hakan Argeso, Emrah Sozumert
arXiv - PHYS - Soft Condensed Matter Pub Date : 2022-09-20 , DOI: arxiv-2209.09899 Celal Soyarslan, Andrew Gleadall, Jiongyi Yan, Hakan Argeso, Emrah Sozumert
We showed a panoptic view of architectured planar lattices based on
star-polygon tilings. Four star-polygon-based lattice sub-families were
investigated numerically and experimentally. Finite element-based
homogenization allowed computation of Poisson's ratio, elastic modulus, shear
modulus, and planar bulk modulus. A comprehensive understanding of the range of
properties and micromechanical deformation mechanisms was developed. By
adjusting the star angle from $0^\circ$ to the uniqueness limit ($120^\circ$ to
$150^\circ$), our results showed an over 250-fold range in elastic modulus,
over a 10-fold range in density, and a range of $-0.919$ to $+0.988$ for
Poisson's ratio. Additively manufactured lattices showed good agreement in
properties. The additive manufacturing procedure for each lattice is available
on www.fullcontrol.xyz/#/models/1d3528. Three of the four sub-families
exhibited in-plane elastic isotropy. One showed high stiffness with auxeticity
at low density with a primarily axial deformation mode as opposed to bending
deformation for the other three lattices. The range of achievable properties,
demonstrated with property maps, proves the extension of the conventional
material-property space. Lattice metamaterials with Triangle-Triangle, Kagome,
Hexagonal, Square, Truncated Archimedean, Triangular, and Truncated Hexagonal
topologies have been studied in the literature individually. We show that all
these structures belong to the presented overarching lattices.
中文翻译:
基于星形多边形瓦片的架构平面晶格的弹性静力学
我们展示了基于星形多边形拼贴的架构平面晶格的全景视图。对四个基于星形多边形的晶格亚族进行了数值和实验研究。基于有限元的均质化允许计算泊松比、弹性模量、剪切模量和平面体积模量。开发了对性能范围和微机械变形机制的全面了解。通过将星角从 $0^\circ$ 调整到唯一性限制($120^\circ$ 到 $150^\circ$),我们的结果显示弹性模量范围超过 250 倍,密度范围超过 10 倍,泊松比的范围为 $-0.919$ 到 $+0.988$。增材制造的晶格在性能上表现出良好的一致性。每个晶格的增材制造程序可在 www.fullcontrol 上找到。xyz/#/models/1d3528. 四个亚族中的三个表现出面内弹性各向同性。一个显示出高刚度和低密度拉胀性,主要是轴向变形模式,而不是其他三个晶格的弯曲变形。用属性图展示的可实现属性的范围证明了传统材料-属性空间的扩展。具有三角形-三角形、Kagome、六边形、正方形、截断阿基米德、三角形和截断六边形拓扑的晶格超材料已在文献中单独进行了研究。我们表明,所有这些结构都属于所呈现的总体晶格。一个显示出高刚度和低密度拉胀性,主要是轴向变形模式,而不是其他三个晶格的弯曲变形。用属性图展示的可实现属性的范围证明了传统材料-属性空间的扩展。具有三角形-三角形、Kagome、六边形、正方形、截断阿基米德、三角形和截断六边形拓扑的晶格超材料已在文献中单独进行了研究。我们表明,所有这些结构都属于所呈现的总体晶格。一个显示出高刚度和低密度拉胀性,主要是轴向变形模式,而不是其他三个晶格的弯曲变形。用属性图展示的可实现属性的范围证明了传统材料-属性空间的扩展。具有三角形-三角形、Kagome、六边形、正方形、截断阿基米德、三角形和截断六边形拓扑的晶格超材料已在文献中单独进行了研究。我们表明,所有这些结构都属于所呈现的总体晶格。和截断六边形拓扑已在文献中单独进行了研究。我们表明,所有这些结构都属于所呈现的总体晶格。和截断六边形拓扑已在文献中单独进行了研究。我们表明,所有这些结构都属于所呈现的总体晶格。
更新日期:2022-09-21
中文翻译:
基于星形多边形瓦片的架构平面晶格的弹性静力学
我们展示了基于星形多边形拼贴的架构平面晶格的全景视图。对四个基于星形多边形的晶格亚族进行了数值和实验研究。基于有限元的均质化允许计算泊松比、弹性模量、剪切模量和平面体积模量。开发了对性能范围和微机械变形机制的全面了解。通过将星角从 $0^\circ$ 调整到唯一性限制($120^\circ$ 到 $150^\circ$),我们的结果显示弹性模量范围超过 250 倍,密度范围超过 10 倍,泊松比的范围为 $-0.919$ 到 $+0.988$。增材制造的晶格在性能上表现出良好的一致性。每个晶格的增材制造程序可在 www.fullcontrol 上找到。xyz/#/models/1d3528. 四个亚族中的三个表现出面内弹性各向同性。一个显示出高刚度和低密度拉胀性,主要是轴向变形模式,而不是其他三个晶格的弯曲变形。用属性图展示的可实现属性的范围证明了传统材料-属性空间的扩展。具有三角形-三角形、Kagome、六边形、正方形、截断阿基米德、三角形和截断六边形拓扑的晶格超材料已在文献中单独进行了研究。我们表明,所有这些结构都属于所呈现的总体晶格。一个显示出高刚度和低密度拉胀性,主要是轴向变形模式,而不是其他三个晶格的弯曲变形。用属性图展示的可实现属性的范围证明了传统材料-属性空间的扩展。具有三角形-三角形、Kagome、六边形、正方形、截断阿基米德、三角形和截断六边形拓扑的晶格超材料已在文献中单独进行了研究。我们表明,所有这些结构都属于所呈现的总体晶格。一个显示出高刚度和低密度拉胀性,主要是轴向变形模式,而不是其他三个晶格的弯曲变形。用属性图展示的可实现属性的范围证明了传统材料-属性空间的扩展。具有三角形-三角形、Kagome、六边形、正方形、截断阿基米德、三角形和截断六边形拓扑的晶格超材料已在文献中单独进行了研究。我们表明,所有这些结构都属于所呈现的总体晶格。和截断六边形拓扑已在文献中单独进行了研究。我们表明,所有这些结构都属于所呈现的总体晶格。和截断六边形拓扑已在文献中单独进行了研究。我们表明,所有这些结构都属于所呈现的总体晶格。