مکانیک ساختارهای هوشمند

مکانیک ساختارهای هوشمند

طراحی و تحلیل عددی ساختارهای فراماده با سختی متغیر: گامی جدید در مهندسی مواد و کاربردهای چند منظوره

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران
10.30511/jmms.2025.2053781.1017
چکیده
مواد فراماده، به عنوان موادی نوآورانه، نقش کلیدی در توسعه فناوری‌های مختلف ایفا کرده‌اند. برخلاف مواد طبیعی، خواص مواد فراماده به ساختارهای تکراری و طراحی‌های پیشرفته وابسته است و قابلیت‌های منحصر به فردی مانند سفتی قابل تنظیم، جذب انرژی، کنترل ارتعاش و مدیریت امواج ارائه می‌دهد. این ویژگی‌ها امکان طراحی قطعات چند‌کاره با استحکام بالا و خواص مکانیکی قابل تنظیم را فراهم می‌کند که کاربردهای گسترده‌ای در صنایعی مانند پزشکی و مهندسی عمران دارند. این مقاله یک سلول پایه با سفتی متغیر طراحی کرده است که قادر است خواص مکانیکی را در جهات مختلف تنظیم کند. طراحی این سلول بر اساس اصول مواد فراماده و تحلیل‌های عددی انجام شده و نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که ساختار پیشنهادی می‌تواند پاسخ‌های مکانیکی متنوعی در شرایط بارگذاری مختلف ارائه دهد. در فرآیند طراحی، چندین مدل دو‌بعدی توسعه داده شد و پس از انجام تحلیل‌های شبیه‌سازی عددی، یک مدل سه‌بعدی بهینه‌سازی شده با ترکیب هندسه‌های مختلف تولید شد. نتایج تحلیل‌ها نشان داد که ساختار پیشنهادی از پایداری بالایی برخوردار است و جذب انرژی قابل توجهی دارد که می‌تواند در کاربردهایی مانند کنترل تنش و طراحی قطعات مقاوم در برابر زلزله یا ضربه استفاده شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Design and Numerical Analysis o f Variable Stiffness Metamaterial (VSM) Structures : A Novel Step in Materials Engineering and Multifunctional Applications

نویسندگان English

Hossein Rahimi
Ghader Faraji
Majid Baniassadi
School of Mechanical Engineering, Collage of Engineering, University of Tehran
چکیده English

Metamaterials, as innovative materials, have played a key role in developing various technologies. Unlike natural materials, the properties of metamaterials depend on repetitive structures and advanced designs, offering unique capabilities such as tunable stiffness, energy absorption, vibration control, and wave management. These features enable the design of multifunctional components with high strength and adjustable mechanical properties, which have broad applications in industries such as medicine and civil engineering. This paper designs a basic cell with variable stiffness, capable of adjusting mechanical properties in different directions. The design of this cell is based on metamaterial principles and numerical analysis, and simulation results demonstrate that the proposed structure can provide diverse mechanical responses under various loading conditions. In the design process, several 2D models were developed, and after numerical simulation analyses, an optimized 3D model was produced by combining different geometries. The analysis results showed that the proposed structure has high stability and significant energy absorption, which can be used in applications such as stress control and designing components resistant to earthquakes or impacts.

کلیدواژه‌ها English

Metamaterial
Tunable Stiffness
Adjustable mechanical properties
Finite element analysis (FEA)

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 15 آبان 1404