Abstract
The typical truss-lattice material successively packed by repeated cubic symmetric unit cells consists of sub-elements (SE) proposed in this study. The representative continuum model for this truss-lattice material such as the effective strain and stress relationship can be formulated by the homogenization procedure based on the notation of averaged mechanical properties. The volume fractions of micro-scale struts have a significant influence on the effective strength as well as the relative density in the lattice plate with replicable unit cell structures. Most of the strength contribution in the lattice material is induced by axial stiffness under uniform stretching or compression responses. Therefore, continuum based constitutive models composed of homogenized member stiffness include these mechanical characteristics with respect to strength, internal stress state, material density based on the volume fraction and even failure modes. It can be also recognized that the stress state of micro-scale struts is directly associated with the continuum constitutive model. The plastic flow at the micro-scale stress can extend the envelope of the analytical stress function on the surface of macro-scale stress derived from homogenized constitutive equations. The main focus of this study is to investigate the basic topology of unit cell structures with the cubic symmetric system and to formulate the plastic models to predict pressure dependent macro-scale stress surface functions.
본 연구에서는 하위 요소로(sub-element) 구성된 3차원 대칭 단위 요소들로 조합된 트러스 격자 구조물의 연속적인 물성치를 제안하였다. 개별적인 트러스 격자 물성치는 균질화 작업을 통하여 유효한 응력과 변형률 관계로 이루어진 연속적인 물성치 모델로 나타낼 수 있다. 미시적인 규모(micro scale) 스트럿의 인장이나 압축 응답에 의한 축강성은 전체 격자재료의 대부분의 강도를 차지하고, 이러한 스트럿의 부피 분율(fraction)은 효과적인 강도뿐만 아니라 복제 가능한 단위 요소로 이루어진 격자판의 상대밀도에 큰 영향을 주었다. 그러므로 균질한 강성부재로 구성된 연속적인 구성모델은 미시적인 규모로 간주되는 스트럿의 강도, 내부응력 상태 및 부피 분율과 관련된 역학적인 특성들을 포함하고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 미시적인 규모의 응력에서 소성흐름은 균질한 구성식에서 파생된 거시적인 규모에서의 (macro-scale)응력 표면에 있는 연속적인 응력함수의 영역을 확장한다. 따라서 본 연구를 통하여 3차원 대칭 단위요소 구조물의 기본 기하학을 조사하고 압력에 의존적인 마크로 규모에서의 (macro-scale) 응력함수를 예측하는 연속적인 소성모델을 공식화하였다.
