مقاله متامتریال های دارای شبکه لانه‌ زنبوری سلسله مراتبی با خواص مقاومتی و مکانیکی بهبود یافته (2016 الزویر)

1) مقدمه

2) مدل‌ها و روش‌ها

2.۱. توصیف لانه زنبوری‌های سلسله مراتبی

۲.۲ محاسبه رسانایی حرارتی موثر

۲.۲.۱ مدلسازی عددی

۲.۲.۲ راه‌حل‌های تحلیلی تقریبی

۲.۳. مدلسازی پاسخ مکانیکی لانه زنبوری سلسله مراتبی

3) نتایج و بحث

۳.۱ اثر ویژگی‌های هندسی بر ETC

۳.۲ پاسخ مکانیکی لانه زنبوری‌های سلسله مراتبی

۳.۳ طراحی لانه زنبوری‌های سلسله مراتبی چندکارکردی

4) نتیجه‌گیری

Recent advances in the defense, aerospace, and energy industries have triggered tremendous demand for multifunctional materials featuring lightweight, load-carrying capacity, and thermal resistance. Metamaterials with artificially engineered architectures can be exploited to provide a compelling combination of these properties. Here we report a group of hierarchically architected metamaterials constructed by replacing cell walls of regular honeycombs with hexagonal, kagome, and triangular lattices, respectively. Our numerical and analytical studies indicate that the introduction of structural hierarchy in regular honeycombs results in improved heat resistance and thermal anisotropy. These thermal properties can be controlled by tailoring two geometric parameters of the hierarchical honeycombs. We also predict that the hierarchical honeycombs with kagome and triangular lattices exhibit enhanced mechanical properties. Our analysis reveals that the integrated thermal mitigation and load-carrying capacity of the hierarchical honeycombs are attributed to the introduction of structural hierarchy. The hierarchical metamaterials reported here provides new opportunities to design multifunctional materials that are promising for various engineering applications.

پیشرفت‌های اخیر در صنایع دفاعی، هوافضا و انرژی تقاضای عظیم مواد چندکارکردی را، که سبک‌وزن، دارای ظرفیت باربری و مقاومت حرارتی‌اند، پدید آورده است. متامتریال‌هایی که معماری‌شان بصورت مصنوعی مهندسی شده است می‌توان برای تهیه ترکیب موثری از این خواص بکار گرفت. در این مقاله، از گروهی از متامتریال‌های دارای معماری سلسله مراتبی گزارش می‌دهیم که با جایگزینی جداره‌های سلولی لانه زنبورهای منظم با شبکه‌های شش‌وجهی، کاگومه و مثلثی ساخته می‌شوند. مطالعات عددی و تحلیلی ما نشان می‌دهند که ورود سلسله مراتب ساختاری لانه زنبوری‌های منظم سبب بهبود مقاومت گرمایی و ناهمسانگردی حرارتی می‌شود. این خواص حرارتی با تعدیل دو پارامتر هندسی لانه زنبوری‌های سلسله مراتبی کنترل می‌شوند. همچنین، پیش‌بینی خواهیم کرد که لانه زنبوری‌های سلسله مراتبی که دارای شبکه‌های کاگومه و مثلثی‌اند خواص مکانیکی بهتری دارند. تحلیل ما از این حقیقت پرده بر می‌دارد که کاهش یکپارچه حرارت و ظرفیت باربری لانه زنبوری‌های سلسله مراتبی به خاطر ورود سلسله مراتب ساختاری است. متامتریال‌های سلسله مراتبی که در اینجا ارائه می‌شوند فرصت‌های تازه‌ای برای طراحی چندکارکردی فراهم می‌آورند که برای مصارف مختلف مهندسی فرصت‌های نویدبخشی محسوب می‌شوند.