کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
5018565 1467436 2016 13 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
The in-plane elastic properties of hierarchical composite cellular materials: Synergy of hierarchy, material heterogeneity and cell topologies at different levels
ترجمه فارسی عنوان
خواص انعطاف پذیری درون سلول سلولی: هم افزایی سلسله مراتب، ناهمگنی مواد و توپولوژی سلول در سطوح مختلف
کلمات کلیدی
ترجمه چکیده
سازمان سلسله مراتبی بسیاری از مواد بیولوژیکی نقش مهمی در خواص مکانیکی استثنایی آنها ایفا می کند. مطالعات موجود بررسی می کند که چگونه سلسله مراتب بر رفتار مکانیکی مواد سلولی تأثیر می گذارد و اکثریت آنها سلول های خالی را فرض می کنند. در واقع، در سیستم های طبیعی متعددی، سلول ها با مایعات، فیبر یا سایر مواد فله ای پر می شوند تا مقاومت بیشتری در برابر محرک های خارجی داشته باشند. این مقاله با الهام از کارآیی بسیار بالایی از طبیعت، در این مقاله اثرات افزودن سلسله مراتب به مواد سلولی کامپوزیتی بررسی شده است. در ابتدا عبارات تحلیلی برای ماژول کششی مؤثر که در مورد خود-شباهت مشتق شده اند، ایزوتراپی سیستم را برای پیکربندی پر نمی کند. سپس، از تجزیه و تحلیل پارامتری، تأثیر قوی بر ریزساختار بر خواص کلی اثر می گذارد. ما کشف کردیم که اضافه کردن سطوح سلسله مراتبی به مواد سلولی پر شده می تواند به سختی خاصی نسبت به ماده بالاتر منجر شود، فقط اگر پرکننده از یک مقدار بحرانی سخت تر باشد. بنابراین سلسله مراتب مواد سلولی کلاسیک برای سختی خاصی مضر است. به رغم این، برای جامدات سلولی کامپوزیتی، تعداد مطلوب سطوح سلسله مراتبی به طور طبیعی ظاهر می شود. علاوه بر این همگن سازی عددی روش رویکرد تحلیلی را تایید می کند. در نهایت، نمونه سلول های سلولی سلسله مراتبی که دارای سطوح مختلف با توپولوژی های مختلف سلولی هستند، مورد توجه قرار گرفته است. این تجزیه و تحلیل ارائه می دهد بینش از نقش سلسله مراتب ساختاری بر خواص خواص درون هواپیما مواد سلولی کامپوزیت، و همچنین برخی از راه های ممکن برای بهبود ساختار سلولی با وزن کم با مخلوط کردن مواد مختلف و تغییر توپولوژی سلول.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه سایر رشته های مهندسی مهندسی مکانیک
پیش نمایش مقاله
خواص انعطاف پذیری درون سلول سلولی: هم افزایی سلسله مراتب، ناهمگنی مواد و توپولوژی سلول در سطوح مختلف
چکیده انگلیسی
The hierarchical organization of many biological materials plays a key role in their exceptional mechanical properties. Existing studies investigate how hierarchy affects the mechanical behavior of cellular materials and the vast majority of them assume empty cells. In reality, in numerous natural systems the cells are filled with fluids, fibers or other bulk materials to better resist external stimuli. Inspired by the highly efficiency of nature, this paper investigates the effects of adding hierarchy into a composite cellular material. Initially, the analytical expressions for the effective elastic moduli derived in the case of self-similarity reveal the system isotropy as for the not filled configuration. Then, from parametric analysis emerges a strong influence of the microstructure on the overall properties. We discovered that adding hierarchical levels to a filled cellular material can lead to a higher material specific stiffness only if the filler is stiffer than a critical value. Thus for classical cellular materials hierarchy is detrimental for the specific stiffness. In spite of this, for composite cellular solids an optimal number of hierarchical levels naturally emerges. In addition, numerical homogenization validates the analytical approach. Finally, the example of a hierarchical composite cellular material having different levels with different cell topologies is also considered. The present analysis provides an insight into the role of structural hierarchy on the in-plane elastic properties of composite cellular materials, as well as some possible ways to improve low-weight cellular structures by mixing different materials and varying the cell topology.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Mechanics of Materials - Volume 103, December 2016, Pages 135-147
نویسندگان
, , ,