Определено влияние площади сечения структурных элементов метаматериала на его скручивание

Сотрудниками ИФПМ СО РАН определено влияние площади поперечного сечения структурных элементов (кольцо и связки) метаматериала на его скручивание и эффективный модуль Юнга. Результаты получены для различных площадей поперечного сечения, которые варьировались от 1 до 25 мм2 и были одинаковы для всех связок и колец. Кроме этого, менялся также размер кольца. Исследование выполнено численно с использованием метода конечных элементов.
Возможность скручивания метаматериала связана с наличием кольца в структуре его элементарной ячейки. Показано, что зависимости угла скручивания от размера кольца имеют максимум. Поведение кривых одинаково для разных площадей поперечного сечения. При максимальной площади пик возникает раньше. Наибольшее значение угла скручивания α = 17,35° достигается при S = 4 мм2.
Полученные данные о зависимостях эффективного модуля Юнга от тех же параметров структуры позволили выделить три участка на графиках. На первом участке, где внешний радиус в структуре метаматериала увеличивается, начиная с наименьших значений, происходит незначительное снижение способности материала сопротивляться сжатию. Аналогичная тенденция наблюдается для всех значений площадей поперечного сечения элементов структуры метаматериала. На втором участке графиков фиксируется резкий рост эффективного модуля Юнга. Это связано с увеличением площади контакта кольца и связок. Третий участок, характеризующийся уменьшением модуля, наблюдается только для образцов с большой площадью поперечного сечения структурных элементов. Полученные значения эффективного модуля Юнга метаматериала значительно меньше значений модуля Юнга основного материала
Это вызвано тем, что в метаматериале тетрахиральной структуры объем пор значительно превышает объем, заполненный базовым материалом (каркасом). Влияние указанных параметров структуры метаматериала на его пористость также была исследована в работе.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, темы номер FWRW-2022-0003. Результаты исследования опубликованы в журнале Russian Physics Journal :
Akhmetshin L.R. and Smolin I.Yu. Influence of the cross-sectional area of the metamaterial structural elements on the twisting motion // Russian Physics Journal. - 2024. - Vol. 67, No. 4. - PP. 411-418. - DOI: 10.1007/s11182-024-03138-9
https://link.springer.com/article/10.1007/s11182-024-03138-9