Poısson Oranı Yaklaşık 0 veya 1 Olan, İki Boyutlu, Düzlem İçi İzotropik Latis Malzemelerin Tasarımı ve Mekanik Özelliklerinin Nümerik Olarak Karakterizasyonu

Abstract

Latis malzemeler, düşük ağırlık, yüksek özgül mekanik, termal, akustik ve titreşim gibi özellikleri sayesinde yoğun katı malzemelere umut verici bir alternatif sunmaktadır. Eklemeli imalat teknolojileri, istenen özelliklere sahip (negatif Poisson oranı dahil) latis tasarımına ivme kazandırmış olsa da saf bükülme altında benzersiz bir monoklastik eğrilik sergileyen sıfır Poisson oranına sahip latisler sınırlı sayıdadır. Bu malzemeler, şekil değiştiren silindirik panel uygulamalarında büyük talep görmektedir. Spektrumun diğer ucunda ise tıpkı düzgün altıgen latis gibi olağanüstü enerji sönümleme yeteneklerine sahip, Poisson oranı v=1 olan latis malzemeler bulunmaktadır. Bu çalışmada, yeni geliştirilmiş 14 adet düzlem içi izotropik iki boyutlu latis malzeme sunulmaktadır. Bunlardan yedisinin düşük bağıl yoğunluklarda Poisson oranı v≅1 iken, üçünün düşük bağıl yoğunluklarda Poisson oranı v≅0'dır. Kalan dört latisten ikisinin tıpkı Kagome latis gibi düşük bağıl yoğunluklarda Poisson oranı v=0.33 iken, geriye kalan iki latisin düşük bağıl yoğunluklarda Poisson oranı sırasıyla v=0.51 ve v=0.85 olarak bulunmuştur. Geliştirilen latislerin düzlem içi elastik özelliklerini karakterize etmek için sonlu elemanlar analizi yöntemi kullanılmıştır. Poisson oranı v≅0 olarak bulunan üç latisin Poisson oranlarının bağıl yoğunluk değerinden neredeyse hiç etkilenmediği gözlenmiştir. Poisson oranı v≅0 olan latislerden ikisi uygulanan yük altında uzama baskın deformasyon gösterirken diğeri eğilme baskın deformasyon göstermektedir. Poisson oranı v≅1 olan diğer yedi latis ise uygulanan yük altında tıpkı altıgen latis gibi eğilme baskın özellik göstermektedir. Ancak, bu malzemelerden dördü altıgen latisten daha yüksek bir direngenliğe sahiptir.

Lattice materials offer a promising alternative to dense solids due to their low weight and high specific mechanical, thermal, acoustic, and vibrational properties. While additive manufacturing technologies have accelerated the design of lattices with desirable properties, including a negative Poisson ratio, lattices with a zero Poisson ratio remain scarce, despite their unique monoclastic curvature under pure bending. These materials are highly sought after for morphing cylindrical panel applications. On the other end of the spectrum are the lattice materials with a Poisson ratio of near one, such as the perfect hexagonal lattice, which possess exceptional energy absorption capabilities. In this study, we present fourteen newly developed in-plane isotropic two-dimensional lattice materials. Among these, seven exhibit a Poisson ratio close to one, while three display a Poisson ratio close to zero at low relative densities. Among the remaining four lattices, two share similarities with the Kagome lattice, showing a Poisson ratio of approximately 0.33 at low relative densities. The other two lattices have Poisson ratios of approximately 0.51 and 0.85, respectively, at low relative densities. Finite element analyses were conducted to characterize the in-plane elastic properties of the developed lattices. The Poisson ratios of all three zero Poisson ratio lattices are nearly independent of relative density. Two of these lattices undergo stretching-dominated deformation under external loads, while the third lattice experiences bending-dominated deformation. The seven lattice materials with a Poisson ratio near one are bending-dominated like the perfect hexagonal lattice. However, four of these materials possess a greater stiffness than the perfect hexagonal lattice.