Diseño y Fabricación a Microsescala de Estructuras de Red de Relación de Poisson Negativa Basadas en Optimización Topológica Multiescala
Autores: An, Ran; Ge, Xueyuan; Wang, Miaohui
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Diseño y Fabricación a Microsescala de Estructuras de Red de Relación de Poisson Negativa Basadas en Optimización Topológica Multiescala
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Diseño
Relación de Poisson negativa
Estructuras de red
Programable
Modelo de optimización
Análisis de elementos finitos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
El diseño actual de estructuras de reticulado con un coeficiente de Poisson negativo es principalmente prospectivo y depende predominantemente de varios patrones de deformación conocidos. Para automatizar la generación de estructuras con un coeficiente de Poisson programable, el estudio utilizó el método de homogeneización de energía y el método de Material Isotrópico Sólido con Penalización (SIMP) para establecer un modelo de optimización para el coeficiente de Poisson negativo. Al proponer una función objetivo relajada y eliminar el amortiguamiento en el método de Criterios de Optimalidad (OC), el estudio logra la evolución automática de celdas unitarias de reticulado programables con coeficiente de Poisson negativo, alcanzando el coeficiente de Poisson más bajo de -0.5367, y se deriva una matriz elástica equivalente. La eficiencia del proceso iterativo es comparable a la del software comercial, con un tiempo máximo de iteración de 300 s, lo que permite la identificación rápida de configuraciones fundamentales. Para validar la efectividad del método, se realizó un análisis de elementos finitos en cuatro estructuras tubulares, revelando patrones evidentes de deformación por tensión-compresión. Además, se utilizó la fusión selectiva por láser a microescala para preparar con éxito múltiples conjuntos de muestras tubulares hechas de acero inoxidable 316L, cada una con una altura de 5 mm. Los experimentos de compresión cuasi-estática mostraron efectos de coeficiente de Poisson negativo y formas de pandeo que se alinean con los resultados del análisis de elementos finitos, proporcionando valiosos conocimientos para aplicaciones industriales.
Descripción
El diseño actual de estructuras de reticulado con un coeficiente de Poisson negativo es principalmente prospectivo y depende predominantemente de varios patrones de deformación conocidos. Para automatizar la generación de estructuras con un coeficiente de Poisson programable, el estudio utilizó el método de homogeneización de energía y el método de Material Isotrópico Sólido con Penalización (SIMP) para establecer un modelo de optimización para el coeficiente de Poisson negativo. Al proponer una función objetivo relajada y eliminar el amortiguamiento en el método de Criterios de Optimalidad (OC), el estudio logra la evolución automática de celdas unitarias de reticulado programables con coeficiente de Poisson negativo, alcanzando el coeficiente de Poisson más bajo de -0.5367, y se deriva una matriz elástica equivalente. La eficiencia del proceso iterativo es comparable a la del software comercial, con un tiempo máximo de iteración de 300 s, lo que permite la identificación rápida de configuraciones fundamentales. Para validar la efectividad del método, se realizó un análisis de elementos finitos en cuatro estructuras tubulares, revelando patrones evidentes de deformación por tensión-compresión. Además, se utilizó la fusión selectiva por láser a microescala para preparar con éxito múltiples conjuntos de muestras tubulares hechas de acero inoxidable 316L, cada una con una altura de 5 mm. Los experimentos de compresión cuasi-estática mostraron efectos de coeficiente de Poisson negativo y formas de pandeo que se alinean con los resultados del análisis de elementos finitos, proporcionando valiosos conocimientos para aplicaciones industriales.