Journal of the Mechanics and Physics of Solids 晶体学编程的矩阵超材料

文摘   2025-01-26 12:00   安徽  

近年来,晶格基氏超材料因其非传统和有趣的力学性能而引起了人们的广泛关注。然而,由于缺乏一个全面的分析框架,阻碍了研究和实际应用的进展。在这里,我们介绍了一个集成的框架,支持多边形晶格网格超材料(plkm)的定制、格式查找、分析和制造。通过采用基于应变-能量的方法,我们推导了这些系统的有效力学性能,并证明了结构设计是裁剪这些性能的有效策略。此外,我们介绍了一种基于群理论的方法,通过选择性对称破缺生成晶体基氏超材料,并辅以晶格理论来捕获和编程它们的结构特征。我们还开发了一个用于这些超材料的建模、分析和制造的自动化工作流,然后是一个基于图像处理的复合plkm设计算法。为了说明所提出的集成框架的能力,我们探索了它在推动plkm创新应用方面的潜力。预计这项工作将为猕猴桃超材料研究和工程的潜在创新提供有价值的见解。



在本研究中,我们提出了一个定制多边形晶格网格超材料(PLKMs)的集成框架。通过采用基于应变能量的方法,我们捕获了理想化和非理想化铰链模型的plkm的力学性能。此外,我们还证明了晶体对称破缺和晶格理论可以有效地用于应用设计和捕获plkm的晶格转换行为,为深入了解结构设计和plkm的有效力学性能之间的内在关系提供了见解。此外,我们还开发了一个用于建模、分析和制造plkm的自动化工作流程。为了满足复合plkm的设计要求,我们引入了图像处理技术,并设计了一种高效的设计算法。利用所提出的框架,我们探索了其在工程中的潜在应用,并开发了一种基于格的信息加密方法。

值得注意的是,所提出的理论框架并不局限于plkm;它同样适用于其他周期性基里基结构,如伊斯兰模式(拉夫桑贾尼和帕西尼,2016)、布拉瓦晶格(Castle et al.,2014)和各种混合晶格构型(Lim,2023;Lim,2024)。最近的研究表明,调整伊斯兰基里格米模式的对称性可以影响它们的各向异性(Qiao et al.,2024),这与我们的结果一致。此外,所提出的力学分析框架和图像处理方法可以广泛应用于各种周期基里干米结构。特别是,自动化框架可以通过修改嵌入的晶格几何参数来扩展到其他基里格模式。未来的工作还可以集中于进一步发展这一框架,以提高其对与plkm和其他基里加米模式相关的具体挑战的适用性。我们预计,这个集成的框架将为plkm的计算设计和分析提供系统的见解。




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