Multi-objective optimization and theoretical analysis of re-entrant structure with enhanced mechanical properties

有限元法 刚度 泊松比 蜂巢 模数 泊松分布 吸收(声学) 变形(气象学) 材料科学 响应面法 辅助 结构工程 计算机科学 数学优化 复合材料 数学 工程类 统计 机器学习
作者
Xi Hai Ni,Xing Chi Teng,Wei Jiang,Yi Zhang,Xin Ren
出处
期刊:Thin-walled Structures [Elsevier BV]
卷期号:199: 111791-111791 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.tws.2024.111791
摘要

In response to the challenge of low stiffness and energy absorption capacity, various designs of negative Poisson's ratio (NPR) structures have emerged. However, these designs often lack a comprehensive analysis of other mechanical properties, leading to subpar mechanical performance. Previous studies have explored the mechanical properties response of enhanced re-entrant honeycombs (ERH) under impact conditions, revealing limitations in optimizing the structure's performance with a single objective. Therefore, this study aims to enhance ERH structural parameters to achieve superior mechanical performance through theoretical derivations and geometric optimizations. The results demonstrate that the proposed theoretical model is consistent with finite element analysis and response surface (RS) predictions. Expressions for Young's modulus, Poisson's ratio, specific energy absorption, and compressive strength are proposed, facilitating the identification of structural parameters that meet specific requirements during reverse design. Furthermore, a multi-objective optimization approach optimizes the geometric parameters based on maximum energy absorption and absorption ratio. The mechanical behavior of the optimized ERH is investigated using the finite element method, revealing the energy absorption capacity of 13.78 J/g while maintaining Poisson's ratio at -1.06. Additionally, the deformation mode of the optimized structure showcases enhanced stability compared to traditional honeycomb structures. The theoretical model and RS method were used to guide the design of ERH and promote the application of NPR structures.
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