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Erschienen in: Meccanica 13/2019

06.05.2019 | Mechanics of Extreme Materials

Optimal 2D auxetic micro-structures with band gap

verfasst von: Matteo Bruggi, Alberto Corigliano

Erschienen in: Meccanica | Ausgabe 13/2019

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Abstract

A systematic investigation is presented that explores band gap properties of periodic micro-structures architected for maximum auxeticity. The design of two-dimensional auxetic cells is addressed using inverse homogenization. A non-convex optimization problem is formulated that is solved through mathematical programming. Different starting guesses are used to explore local minima when distributing material and void or two materials and void. The same numerical tool succeeds in capturing re-entrant, chiral and anti-chiral layouts with negative Poisson’s ratio, retrieving solutions originally found through other approaches as well as generating variations. A Floquet–Bloch approach is then applied to the achieved periodic cells to investigate possible band gaps characterizing the in-plane wave propagation. Directional and full band-pass filters are found in the case of micro-structures whose auxetic behavior comes from the arising of a rotational deformation of the periodic cell. Such kind of topologies could be exploited to design tunable wave guides and tunable phononic crystals, respectively.

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14.
Zurück zum Zitat Gibson LJ, Ashby MF, Schajer GS, Robertson CI (1982) Mechanics of two-dimensional cellular materials. Proc R Soc Lond Ser A Math Phys Sci 382(1782):25–42ADSCrossRef Gibson LJ, Ashby MF, Schajer GS, Robertson CI (1982) Mechanics of two-dimensional cellular materials. Proc R Soc Lond Ser A Math Phys Sci 382(1782):25–42ADSCrossRef
16.
Zurück zum Zitat Brillouin L (1953) Wave propagation in periodic structures, 2nd edn. Dover, New YorkMATH Brillouin L (1953) Wave propagation in periodic structures, 2nd edn. Dover, New YorkMATH
17.
Zurück zum Zitat Hussein MI, Hulbert GM, Scott RA (2003) Band-gap engineering of elastic waveguides using periodic materials. Paper presented at the American Society of Mechanical Engineers, Design Engineering Division (Publication) DE, 116(2):799–807. https://doi.org/10.1115/IMECE2003-41886 Hussein MI, Hulbert GM, Scott RA (2003) Band-gap engineering of elastic waveguides using periodic materials. Paper presented at the American Society of Mechanical Engineers, Design Engineering Division (Publication) DE, 116(2):799–807. https://​doi.​org/​10.​1115/​IMECE2003-41886
31.
Zurück zum Zitat Allaire G, De Gournay F, Jouve F, Toader A (2005) Structural optimization using topological and shape sensitivity via a level set method. Control Cybern 34(1):59–81MathSciNetMATH Allaire G, De Gournay F, Jouve F, Toader A (2005) Structural optimization using topological and shape sensitivity via a level set method. Control Cybern 34(1):59–81MathSciNetMATH
35.
Zurück zum Zitat Xia L, Breitkopf P (2015) Design of materials using topology optimization and energy-based homogenization approach in Matlab. Struct Multidiscip Optim 52(6):1229–1241MathSciNetCrossRef Xia L, Breitkopf P (2015) Design of materials using topology optimization and energy-based homogenization approach in Matlab. Struct Multidiscip Optim 52(6):1229–1241MathSciNetCrossRef
44.
45.
Zurück zum Zitat Guedes J, Kikuchi N (1990) Preprocessing and postprocessing for materials based on the homogenization method with adaptive finite element methods. Comput Methods Appl Mech Eng 83(2):143–198ADSMathSciNetCrossRef Guedes J, Kikuchi N (1990) Preprocessing and postprocessing for materials based on the homogenization method with adaptive finite element methods. Comput Methods Appl Mech Eng 83(2):143–198ADSMathSciNetCrossRef
46.
Zurück zum Zitat Bensoussan A, Lions JL, Papanicolaou G (1978) Asymptotic analysis for periodic structures. North-Holland, New YorkMATH Bensoussan A, Lions JL, Papanicolaou G (1978) Asymptotic analysis for periodic structures. North-Holland, New YorkMATH
50.
Zurück zum Zitat Mathews J, Walker R (1964) Mathematical methods of physics. Addison-Wesley, New YorkMATH Mathews J, Walker R (1964) Mathematical methods of physics. Addison-Wesley, New YorkMATH
Metadaten
Titel
Optimal 2D auxetic micro-structures with band gap
verfasst von
Matteo Bruggi
Alberto Corigliano
Publikationsdatum
06.05.2019
Verlag
Springer Netherlands
Erschienen in
Meccanica / Ausgabe 13/2019
Print ISSN: 0025-6455
Elektronische ISSN: 1572-9648
DOI
https://doi.org/10.1007/s11012-019-00981-w

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