In this paper, we investigated the mechanical behavior of architected microstructures on cubic crystal lattices under large deformation and cyclic loading condition. Interpenetrating morphologies were presented as a counter part of dispersed morphologies. We investigated the effect of co-continuity on the mechanical performance at large strain. Representative volume elements in the principal crystallographic directions were presented to evaluate the anisotropy of the architected microstructures at large strain. The mechanical behavior of each constituent material under large deformation has been characterized. Then, a non-linear constitutive model for each constituent material was suggested and applied to a boundary value problem for the architected microstructures under finite deformation. Representative architected microstructures were fabricated on a high-resolution 3D printer, and compression tests were conducted using a mechanical testing machine. In experimental data and numerical simulation results, we elucidated the effect of co-continuity on stiffness, energy dissipation, shape recovery, and anisotropy of architected microstructures at large strain. Further, we presented architected microstructures that exhibit no reduction in stress response during cyclic loading at extreme stains.
이 논문에서는 널리 연구되고 있는 등축정계 기반의 기하구조를 갖는 아키텍티드 마이크로구조체의 대변형 및 반복 하중 거동을 평가하였다. 상호연결성이 대변형 거동에 미치는 영향을 분석하고자 분산 구조에 더해 상호연결 구조를 갖는 이종구조체를 제시하였고, 대변형 하에서 비등방성 분석을 위해 주요 크리스탈 방향에 대한 각 크리스탈 격자의 단위 부피 요소를 조사하였다. 구성 재료의 대변형 거동을 분석하고 비선형 구성 모델을 제시하였고, 모델이 구성 재료의 거동을 합리적으로 예측함을 보였다. 고성능 3D 프린터로 주요 구조체를 출력하고, 재료시험기를 이용하여 압축 시험을 수행하였다. 경계값 문제를 정의하고 제시한 구성 모델을 적용하여, 아키텍티드 마이크로구조체의 대변형 거동을 수치적으로 시뮬레이션하였다. 이를 통해, 대변형 하에서 아키텍티드 마이크로구조체의 상호연결성이 강성과 에너지 소산, 형상 회복 및 비등방성에 미치는 영향을 확인하였다. 또한, 제시한 아키텍티드 마이크로구조체 중 50% 변형률 이상의 대변형 반복 하중 하에서 초기 응력-변형률 곡선을 유지하는 강인한 거동을 보이는 구조체를 보였다.
