A Novel Re-Entrant-Type Metamaterial with Tunable Negative Poisson’s Ratios and Coefficients of Thermal Expansion

泊松比 材料科学 热膨胀 泊松分布 辅助 弹性模量 模数 超材料 杨氏模量 复合材料 有限元法 体积模量 热力学 物理 数学 统计 光电子学
作者
Fucong Lu,Xinqiang Chen,Yilin Zhu,Chuanbiao Zhang,Yuhang Hou
出处
期刊:International Journal of Applied Mechanics [World Scientific]
卷期号:14 (05) 被引量:23
标识
DOI:10.1142/s1758825122500405
摘要

Introducing bi-material double-triangular elements into a standard re-entrant structure, a novel metamaterial is proposed in this work. The effect of geometrical parameters on negative Poisson’s ratio (NPR) and coefficient of thermal expansion (CTE) is studied theoretically and verified by finite element (FE) method. Results show that the proposed structure provides tunable Poisson’s ratios in wide ranges (from negative to positive) by adopting base materials with different elastic moduli. The horizontal Poisson’s ratio of the structure increases with the increment of the re-entrant angle, and decreases with the decrement of the elastic modulus ratio (i.e., the ratio of the elastic modulus of MAT-1 and MAT-2); while the vertical Poisson’s ratio decreases with the increment of the re-entrant angle, but is independent on the elastic modulus ratio. Moreover, comparing with various reported re-entrant structures, the proposed design enhances elastic modulus significantly owing to the introduced bi-material triangles. The structure also exhibits tailorable CTEs. The CTE of the structure decreases with the increment of the CTE ratios and the re-entrant angle.
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