3D-printed bio-inspired zero Poisson’s ratio graded metamaterials with high energy absorption performance
Notice bibliographique
Résumé
Abstract This study aims at introducing a number of two-dimensional (2D) re-entrant based zero Poisson’s ratio (ZPR) graded metamaterials for energy absorption applications. The metamaterials’ designs are inspired by the 2D image of a DNA molecule. This inspiration indicates how a re-entrant unit cell must be patterned along with the two orthogonal directions to obtain a ZPR behavior. Also, how much metamaterials’ energy absorption capacity can be enhanced by taking slots and horizontal beams into account with the inspiration of the DNA molecule’s base pairs. The ZPR metamaterials comprise multi-stiffness unit cells, so-called soft and stiff re-entrant unit cells. The variability in unit cells’ stiffness is caused by the specific design of the unit cells. A finite element analysis (FEA) is employed to simulate the deformation patterns of the ZPRs. Following that, meta-structures are fabricated with 3D printing of TPU as hyperelastic materials to validate the FEA results. A good correlation is observed between FEA and experimental results. The experimental and numerical results show that due to the presence of multi-stiffness re-entrant unit cells, the deformation mechanisms and the unit cells’ densifications are adjustable under quasi-static compression. Also, the structure designed based on the DNA molecule’s base pairs, so-called structure F‴, exhibits the highest energy absorption capacity. Apart from the diversity in metamaterial unit cells’ designs, the effect of multi-thickness cell walls is also evaluated. The results show that the diversity in cell wall thicknesses leads to boosting the energy absorption capacity. In this regard, the energy absorption capacity of structure ‘E’ enhances by up to 33% than that of its counterpart with constant cell wall thicknesses. Finally, a comparison in terms of energy absorption capacity and stability between the newly designed ZPRs, traditional ZPRs, and auxetic metamaterial is performed, approving the superiority of the newly designed ZPR metamaterials over both traditional ZPRs and auxetic metamaterials.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».