Ti–6Al–4V hybrid-strut lattice metamaterials: A design strategy for improved performance

超材料 材料科学 格子(音乐) 拓扑(电路) 相对密度 弯曲 结构工程 微观结构 复合材料 物理 光电子学 工程类 声学 电气工程
作者
J. Noronha,J. G. Dash,David Downing,Jason Rogers,Ma Qian,Milan Brandt,Martin Leary
出处
期刊:Materials Science and Engineering A-structural Materials Properties Microstructure and Processing [Elsevier BV]
卷期号:911: 146918-146918 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.msea.2024.146918
摘要

Metal hollow-strut lattices manipulate the strut and node sections to achieve higher strength. Although these metamaterials have recently surpassed the structural efficiency of conventional solid-strut lattices of comparable density and topology, they often observe localised yielding and fragmentation through the nodes that limit their structural efficiency. To quantify the effect of this localised failure and to develop mitigating strategies, we have integrated solid and hollow strut and node sections in singular Ti–6Al–4V simple cubic hybrid-strut lattices for a deployable relative density range of 15–30%. Fabricated through laser powder bed fusion these hybrid-strut lattices are stronger (32%), stiffer (15%), and tougher (65%) than solid-strut lattices of equivalent density. Interestingly, the metamaterials with hollow beams can transition from a bending-dominated to a stretch-dominated deformation response with increasing density, while the lattices with solid beams only observed a uniformly stretch-dominated deformation response. The combination of solid and hollow strut and node sections in the hybrid-strut lattice establishes a simple yet effective strategy to enhance structural efficiency and control of failure response without increasing density or manipulating unit cell topology.
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