Design of auxetic metamaterial for enhanced low cycle fatigue life and negative Poisson’s ratio through multi-objective Bayesian optimization

辅助 材料科学 低周疲劳 泊松比 泊松分布 超材料 贝叶斯优化 贝叶斯概率 复合材料 结构工程 数学优化 统计 数学 光电子学 工程类
作者
Sukheon Kang,Hyeonbin Moon,Seonho Shin,S. Mahmoud Mousavi,Hyokyung Sung,Seunghwa Ryu
出处
期刊:Materials & Design [Elsevier BV]
卷期号:252: 113798-113798 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.matdes.2025.113798
摘要

Auxetic materials (AM), characterized by their unique negative Poisson's ratio (NPR), are promising candidates for engineering applications such as piezoelectric energy harvesting and biomedical devices; however, achieving high NPR often leads to significant stress concentrations and limited durability. This study addresses these challenges by optimizing AM designs to reduce stress concentrations and enhance fatigue resistance while maintaining NPR. We propose a novel design methodology employing smooth Bézier curves, optimized along the Pareto front of NPR and low-cycle fatigue (LCF) life through critical distance theory, elastoplastic homogenization, finite element analysis (FEA), and multi-objective Bayesian optimization (MBO). The optimized designs achieved an 85.11% increase in NPR and a 12.07% improvement in LCF life compared to initial, randomly generated Bézier curve-based designs. Experimental validation using Al7075-T651 specimens showed that these optimized designs outperformed conventional AM structures, achieving up to 30 times the LCF life and a 2.5-fold increase in NPR. Our simulations also show that the optimized design can enhance piezoelectric energy harvesting, achieving a 228.89% increase in energy output. This adaptable framework for three-dimensional structures significantly enhances the potential of AM for advanced metamaterial applications with unique mechanical properties.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
高瑞航完成签到,获得积分10
刚刚
zzz完成签到,获得积分10
刚刚
zxx的应助被小A采纳,获得10
刚刚
翰海拾忆发布了新的文献求助10
刚刚
1秒前
所所的应助被义气的妙松采纳,获得10
1秒前
1秒前
1秒前
2秒前
2秒前
橘子汽水完成签到 ,获得积分10
2秒前
Eleven发布了新的文献求助100
2秒前
2秒前
Hello的应助被FYK采纳,获得10
2秒前
3秒前
3秒前
luobo发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
乙酰CoA发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
无极微光的应助被乐易天采纳,获得20
3秒前
调皮寻冬发布了新的文献求助10
4秒前
12138完成签到,获得积分10
4秒前
晴天发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
medaW发布了新的文献求助10
5秒前
WWH完成签到,获得积分10
5秒前
normankasimodo完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
6秒前
jessica发布了新的文献求助10
6秒前
北落发布了新的文献求助10
6秒前
七听发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
6秒前
SciGPT的应助被初景采纳,获得10
7秒前
Liusc完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
蕙心发布了新的文献求助10
8秒前
Yeah发布了新的文献求助10
8秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Les Mantodea De Guyane 2000
从自在到自觉:中华民族观念形成研究:全二册 800
Guidelines for fracture-safe and fatigue-reliable design of steel structures 600
Problems and Solutions for Integer and Combinatorial Optimization: Building Skills in Discrete Optimization 600
Organizational Behavior 510
桑白皮エキスの実験的, 臨床的育毛効果について 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7998248
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9451960
关于积分的说明 21137223
捐赠科研通 7571111
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3380407
关于科研通互助平台的介绍 2513558
邀请新用户注册赠送积分活动 2414267