The toughness of mechanical metamaterials

材料科学 断裂力学 强度因子 脆性 断裂(地质) 超材料 表征(材料科学) 桁架 结构工程 复合材料 断裂韧性 纳米技术 工程类 光电子学
作者
Angkur Jyoti Dipanka Shaikeea,Huachen Cui,Mark R. O’Masta,Xiaoyu Zheng,V.S. Deshpande
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:21 (3): 297-304 被引量:122
标识
DOI:10.1038/s41563-021-01182-1
摘要

Rapid progress in additive manufacturing methods has created a new class of ultralight mechanical metamaterials with extreme functional properties. Their application is ultimately limited by their tolerance to damage and defects, but an understanding of this sensitivity has remained elusive. Using metamaterial specimens consisting of millions of unit cells, we show that not only is the stress intensity factor, as used in conventional elastic fracture mechanics, insufficient to characterize fracture, but also that conventional fracture testing protocols are inadequate. Via a combination of numerical and asymptotic analysis, we extend the ideas of elastic fracture mechanics to truss-based metamaterials and develop a general test and design protocol. This framework can form the basis for fracture characterization in other discrete elastic-brittle solids where the notion of fracture toughness is known to break down.
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