Isogeometric analysis of functionally graded triply periodic minimal surface shells

等几何分析 离散化 小旋翼机 最小曲面 细分曲面 几何学 数学 拓扑(电路) 材料科学 有限元法 数学分析 结构工程 工程类 复合材料 多边形网格 组合数学 共聚物 聚合物
作者
Tan N. Nguyen,Nuttawit Wattanasakulpong,Ngoc Phi Nguyen,Pouyan Fakharian,Suppakit Eiadtrong
出处
期刊:Mechanics of Advanced Materials and Structures [Informa]
卷期号:: 1-14
标识
DOI:10.1080/15376494.2024.2423278
摘要

Functionally graded triply periodic minimal surface (FG-TPMS) structures are known as bio-inspired structures. They possess some remarkable advantages such as porous structures with high inter-connectivity, mathematically controllable geometry features and smooth surfaces. As another advantage, FG-TPMS structures can be fast and numerously manufactured by 3D printing technology. Nevertheless, modeling these structures is a challenging task. This paper investigates static bending and free vibration behaviors of FG-TPMS shells. The proposed formulation is established upon isogeometric analysis (IGA) and first-order shear deformation shell theory (FSDT). The governing equations are discretized by a Galerkin weak form and numerically solved by using non-uniform rational B-Spline (NURBS) basis functions. Exact geometries of structures are described via NURBS basis functions. A fitting technique is used to compute the mechanical characteristics of FG-TPMS materials. We investigate behaviors of FG-TPMS shells considering three types of cell geometries which are primitive (P), gyroid (G), I-graph and wrapped package-graph (IWP), and six porosity distribution patterns. The present solutions are verified with the reference ones in the literature. Effects of boundary, type of cell geometry, porosity distribution pattern, length-to-radius and thickness ratios on behaviors of FG-TPMS shells are rigorously studied. Especially, many numerical results of FG-TPMS shells are first proposed in this paper.
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