Published October 16, 2022
| Version v1
Publication
Triply periodic minimal surfaces based honeycomb structures with tuneable mechanical responses
Creators
- 1. RMIT University
- 2. Ho Chi Minh City University of Technology
Description
We proposed a novel class of honeycomb structures inspired by triply periodic minimal surfaces (TPMS) architecture with tuneable mechanical responses. The design procedure based on the level-set approximation was first introduced for two TPMS-based honeycombs, namely G-Honeycomb and P-Honeycomb. A numerical model was developed and validated by experimental results to evaluate the mechanical properties of G-Honeycomb and P-Honeycomb lattices. The results showed that P-Honeycomb exhibited higher elastic modulus and plateau stress than G-Honeycomb at various relative densities. Meanwhile, both TPMS-based honeycombs showed higher in-plane elastic modulus than conventional square honeycombs, although they had the same nodal connectivity. The idea of designing lattices with tuneable mechanical responses was achieved by introducing a density gradient or creating a G-P hybrid structure with the topology of G-Honeycomb and P-Honeycomb in different regions. The graded structures showed gradual stiffening and progressive collapse under compression, while the G-P hybrid structure can exhibit distinct properties at different compressive strains.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
اقترحنا فئة جديدة من هياكل قرص العسل مستوحاة من بنية الحد الأدنى من الأسطح الدورية الثلاثية (TPMS) مع استجابات ميكانيكية قابلة للضبط. تم تقديم إجراء التصميم القائم على التقريب المحدد للمستوى لأول مرة لاثنين من أقراص العسل القائمة على TPMS، وهما G - Honeycomb و P - Honeycomb. تم تطوير نموذج رقمي والتحقق من صحته من خلال النتائج التجريبية لتقييم الخصائص الميكانيكية لشبكات G - Honeycomb و P - Honeycomb. أظهرت النتائج أن P - Honeycomb أظهر معامل مرونة وضغط هضبة أعلى من G - Honeycomb بكثافات نسبية مختلفة. وفي الوقت نفسه، أظهر كل من أقراص العسل القائمة على TPMS معامل مرونة أعلى في الطائرة من أقراص العسل المربعة التقليدية، على الرغم من أن لديهم نفس الاتصال العقدي. تم تحقيق فكرة تصميم الشبكات باستجابات ميكانيكية قابلة للضبط من خلال إدخال تدرج الكثافة أو إنشاء بنية هجينة G - P مع طوبولوجيا G - Honeycomb و P - Honeycomb في مناطق مختلفة. أظهرت الهياكل المتدرجة تصلبًا تدريجيًا وانهيارًا تدريجيًا تحت الضغط، في حين أن الهيكل الهجين G - P يمكن أن يظهر خصائص مميزة في سلالات ضاغطة مختلفة.Translated Description (French)
Nous avons proposé une nouvelle classe de structures en nid d'abeilles inspirées par l'architecture des surfaces minimales périodiques triplement (TPMS) avec des réponses mécaniques accordables. La procédure de conception basée sur l'approximation de l'ensemble de niveaux a été introduite pour la première fois pour deux nids d'abeilles à base de TPMS, à savoir G-Honeycomb et P-Honeycomb. Un modèle numérique a été développé et validé par des résultats expérimentaux pour évaluer les propriétés mécaniques des réseaux G-Honeycomb et P-Honeycomb. Les résultats ont montré que P-Honeycomb présentait un module d'élasticité et une contrainte de plateau plus élevés que G-Honeycomb à diverses densités relatives. Pendant ce temps, les deux nids d'abeilles à base de TPMS ont montré un module d'élasticité dans le plan plus élevé que les nids d'abeilles carrés conventionnels, bien qu'ils aient eu la même connectivité nodale. L'idée de concevoir des réseaux avec des réponses mécaniques accordables a été réalisée en introduisant un gradient de densité ou en créant une structure hybride G-P avec la topologie de G-Honeycomb et P-Honeycomb dans différentes régions. Les structures graduées ont montré un raidissement progressif et un effondrement progressif sous compression, tandis que la structure hybride G-P peut présenter des propriétés distinctes à différentes contraintes de compression.Translated Description (Spanish)
Propusimos una nueva clase de estructuras de panal inspiradas en la arquitectura de superficies mínimas triplemente periódicas (TPMS) con respuestas mecánicas ajustables. El procedimiento de diseño basado en la aproximación del conjunto de niveles se introdujo por primera vez para dos panales basados en TPMS, a saber, G-Honeycomb y P-Honeycomb. Se desarrolló un modelo numérico y se validó mediante resultados experimentales para evaluar las propiedades mecánicas de las redes G-Honeycomb y P-Honeycomb. Los resultados mostraron que P-Honeycomb exhibió un módulo elástico y una tensión de meseta más altos que G-Honeycomb en varias densidades relativas. Mientras tanto, ambos panales basados en TPMS mostraron un módulo elástico en el plano más alto que los panales cuadrados convencionales, aunque tenían la misma conectividad nodal. La idea de diseñar celosías con respuestas mecánicas sintonizables se logró introduciendo un gradiente de densidad o creando una estructura híbrida GP con la topología de G-Honeycomb y P-Honeycomb en diferentes regiones. Las estructuras graduadas mostraron un endurecimiento gradual y un colapso progresivo bajo compresión, mientras que la estructura híbrida GP puede exhibir propiedades distintas a diferentes tensiones de compresión.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- هياكل قرص العسل ذات الحد الأدنى من الأسطح الدورية الثلاثية مع استجابات ميكانيكية قابلة للضبط
- Translated title (French)
- Structures en nid d'abeilles à surfaces minimales triplement périodiques avec des réponses mécaniques accordables
- Translated title (Spanish)
- Estructuras de nido de abeja basadas en superficies mínimas triplemente periódicas con respuestas mecánicas ajustables
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4306359295
- DOI
- 10.1080/17452759.2022.2125879
References
- https://openalex.org/W1974595916
- https://openalex.org/W1991743490
- https://openalex.org/W2022783757
- https://openalex.org/W2024298016
- https://openalex.org/W2050243264
- https://openalex.org/W2064515075
- https://openalex.org/W2077479073
- https://openalex.org/W2079930781
- https://openalex.org/W2191438511
- https://openalex.org/W2194118177
- https://openalex.org/W2204074755
- https://openalex.org/W2267822381
- https://openalex.org/W2553771337
- https://openalex.org/W2568837437
- https://openalex.org/W2594676313
- https://openalex.org/W2600532716
- https://openalex.org/W2609763405
- https://openalex.org/W2610613156
- https://openalex.org/W2620790871
- https://openalex.org/W2734669961
- https://openalex.org/W2774200541
- https://openalex.org/W2775354423
- https://openalex.org/W2783802973
- https://openalex.org/W2789271228
- https://openalex.org/W2805505517
- https://openalex.org/W2886363050
- https://openalex.org/W2887214439
- https://openalex.org/W2961886349
- https://openalex.org/W2971605186
- https://openalex.org/W2990074583
- https://openalex.org/W2995303686
- https://openalex.org/W2996382020
- https://openalex.org/W2999502409
- https://openalex.org/W3007733359
- https://openalex.org/W3010025194
- https://openalex.org/W3012261978
- https://openalex.org/W3015533767
- https://openalex.org/W3037631294
- https://openalex.org/W3080100886
- https://openalex.org/W3089019696
- https://openalex.org/W3097154529
- https://openalex.org/W3128410433
- https://openalex.org/W3130092726
- https://openalex.org/W3164288547
- https://openalex.org/W3168292924
- https://openalex.org/W3178392153
- https://openalex.org/W3207038653
- https://openalex.org/W3210469041
- https://openalex.org/W4229450179
- https://openalex.org/W4245288338
- https://openalex.org/W4286510374