Nonlinear behavior of a three-dimensional chiral mechanical metamaterial with compression-twist coupling
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Due to their tunable mechanical properties and broad applicability, three dimensional compressible–twistable mechanical metamaterials (3D-CTMM) have attracted significant attention in recent years. While the recent research on these configurations is limited to linear mechanical behavior analysis, the nonlinear characteristics of these metamaterials are crucial in practical applications such as adaptive vibration isolation, impact protection, and energy harvesting. This study introduces a combined nonlinear stress–strain relationship and strain-energy-based analytical framework, supported by finite-element analysis and experimental validation for investigating the nonlinear mechanical load-deformation behavior of a 3D-CTMM, with potential applicability to a broader class of the 3D-CTMM designs. The constitutive model and coupled load-deformation and load-torsion responses of the unit cells are investigated by incorporating the intrinsic material nonlinearity and complementary strain energy theory into the analysis and then expanded to the overall phase of the 3D-CTMM. The accuracy of the mechanical modeling is evaluated through both numerical simulations and experimental characterization. The results demonstrate strong agreement across the multiscale analyses and reveal pronounced nonlinear behavior in the deformation responses particularly in relatively high global strain values of up to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mn>16</mml:mn> <mml:mi mathvariant="normal">%</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> . The nonlinear behavior suggests that the conventional assumption of constant Young’s modulus and Poisson’s ratio for the overall phase of the 3D-CTMM may not fully capture the response, as these parameters vary with nonlinearity and depend on the number of unit cells in the configuration. Furthermore, as a tangible application, the capability of the studied 3D-CTMM to absorb impact energy is also presented where a <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> assembly fabricated by thermoplastic polyurethane exhibits superior potential for absorbing impact energy.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 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) | 0,001 | 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 tête enseignante, 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 ».