Multi‐objective Synergistic Optimization Design of Face‐Centered Cubic Re‐Entrant Honeycomb for Tunable Coefficient of Thermal Expansion, Poisson's Ratio, and Bandgap

蜂巢 材料科学 热膨胀 面子(社会学概念) 泊松分布 立方晶系 带隙 热的 蜂窝结构 泊松比 光电子学 凝聚态物理 数学 复合材料 热力学 物理 统计 社会学 社会科学
作者
Hai‐Tao Liu,Huajiang Wei,Kang‐Jia Liu
出处
期刊:Physica Status Solidi B-basic Solid State Physics [Wiley]
标识
DOI:10.1002/pssb.202500245
摘要

Aerospace structures face critical challenges from thermal stress (extreme temperature fluctuations), vibration and noise during launch, and impact loads during shape adaptation (e.g., morphing wings), demanding lightweight materials that integrate thermo‐force‐acoustic functionalities. In order to overcome the limitation of existing concave hexagonal honeycomb structures, which usually only optimize a single performance but cannot simultaneously achieve multifunctional tunability, this study proposes a face‐centered cubic re‐entrant honeycomb (FCRH) metamaterial. Through theoretical modeling and NSGA‐II multiobjective optimization, its coefficient of thermal expansion (CTE: −13.32 to 2.44 ppm °C −1 ), Poisson's ratio (PR: −0.41 to 0.11), and bandgap properties (0–18 000 Hz, max. bandwidth 8278.5 Hz) are synergistically tailored. Finite‐element validation confirms model accuracy (error ≤12%), and Pareto‐optimal designs achieve multifunctional combinations (e.g., NTE‐NPR, ZTE‐ZPR) while maintaining vibration isolation. This work provides a paradigm for designing lightweight metamaterials that simultaneously mitigate thermal deformation, vibration, and noise in next‐generation aerospace applications.

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