Influencia de los Defectos Topológicos en la Respuesta Mecánica de las Celdas Unitarias del Metamaterial Mecánico Tetrachiral
Autores: Akhmetshin, Linar; Iokhim, Kristina; Kazantseva, Ekaterina; Smolin, Igor
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Influencia de los Defectos Topológicos en la Respuesta Mecánica de las Celdas Unitarias del Metamaterial Mecánico Tetrachiral
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Metamateriales
Propiedades
Celdas unitarias
Defectos
Comportamiento mecánico
Módulo de Young
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
El beneficio principal de los metamateriales es que sus propiedades físicas y mecánicas pueden ser controladas al cambiar la geometría de la estructura. Las herramientas de análisis numérico utilizadas en este trabajo ofrecen algunas ventajas sobre las pruebas a escala completa, consistiendo en un proceso automatizado, así como en menores costos de material y tiempo. La investigación se centra en el comportamiento de las celdas unitarias del metamaterial mecánico tetrachiral bajo compresión uniaxial. El material base se estudia dentro de un modelo matemático elástico. La influencia de los defectos topológicos de la celda unitaria en las propiedades del metamaterial se estudia por primera vez. Los defectos, y especialmente los defectos topológicos, juegan un papel decisivo en el comportamiento mecánico de los materiales y estructuras. La celda unitaria sin defectos revela ortotropía de propiedades. La torsión de una celda con una estructura quiral es inducida por la rotación de todas las paredes tetrachirales, y por lo tanto es sensible a la introducción de defectos. Hay casos de torsión aumentada así como de ningún efecto de acoplamiento compresión-torsión. En este último caso, la celda unitaria experimenta solo corte. El módulo de Young efectivo se calcula para variar en el rango de 23 a 57 MPa para celdas unitarias de diferentes topologías. Con la introducción sucesiva de defectos en dos paredes, las características estudiadas aumentan, correlacionándose entre sí. Un mayor aumento en el número de defectos afecta las características de diferentes maneras. La introducción de dos defectos más en las paredes disminuye la torsión y aumenta el módulo de Young, después de lo cual ambas características disminuyen. La introducción de defectos topológicos en todas las paredes de la celda unitaria conduce al comportamiento ortotrópico de la celda con el signo opuesto de torsión.
Descripción
El beneficio principal de los metamateriales es que sus propiedades físicas y mecánicas pueden ser controladas al cambiar la geometría de la estructura. Las herramientas de análisis numérico utilizadas en este trabajo ofrecen algunas ventajas sobre las pruebas a escala completa, consistiendo en un proceso automatizado, así como en menores costos de material y tiempo. La investigación se centra en el comportamiento de las celdas unitarias del metamaterial mecánico tetrachiral bajo compresión uniaxial. El material base se estudia dentro de un modelo matemático elástico. La influencia de los defectos topológicos de la celda unitaria en las propiedades del metamaterial se estudia por primera vez. Los defectos, y especialmente los defectos topológicos, juegan un papel decisivo en el comportamiento mecánico de los materiales y estructuras. La celda unitaria sin defectos revela ortotropía de propiedades. La torsión de una celda con una estructura quiral es inducida por la rotación de todas las paredes tetrachirales, y por lo tanto es sensible a la introducción de defectos. Hay casos de torsión aumentada así como de ningún efecto de acoplamiento compresión-torsión. En este último caso, la celda unitaria experimenta solo corte. El módulo de Young efectivo se calcula para variar en el rango de 23 a 57 MPa para celdas unitarias de diferentes topologías. Con la introducción sucesiva de defectos en dos paredes, las características estudiadas aumentan, correlacionándose entre sí. Un mayor aumento en el número de defectos afecta las características de diferentes maneras. La introducción de dos defectos más en las paredes disminuye la torsión y aumenta el módulo de Young, después de lo cual ambas características disminuyen. La introducción de defectos topológicos en todas las paredes de la celda unitaria conduce al comportamiento ortotrópico de la celda con el signo opuesto de torsión.