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압축-비틀림이 결합된 격자구조의 아이소-지오메트릭 해석

Isogeometric Analysis of Lattice Structures Having Compression-Twist Coupled Deformation

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본 논문에서는 CAD 시스템에서 사용하는 NURBS 기저함수를 사용하는 아이소-지오메트릭 해석(Isogeometric analysis) 방법과 기하학적으로 엄밀한 빔 모델링(geometrically exact beam model)을 활용하여 회전과 병진 운동이 결합된 새로운 형태의 메타물질(metamaterial)에 대한 해석을 진행하였다. 이차원 셀 구조는 자유형상변환(Free-form deformation) 법과 적절한 내삽법(Interpolation)을 통해 원통 위에 입혀졌다. 원통의 치수와 셀 개수가 비틀림 각도에 미치는 영향이 매개변수 연구(parametric study)를 통해 확인되었다. 비틀림과 병진 운동이 결합된 구조의 메커니즘에 대해 수치 예제를 통해 알아보았다.

Abstract

We utilized the isogeometric analysis (IGA) method that uses NURBS basis functions in CAD systems, to account for the geometricexactness of a geometrically exact beam deformation, on a new type of metamaterial, twist-translation coupled structure showing a large twistangle. A two-dimensional unit cell structure was embedded in a cylindrical wall, using free-form deformation and an appropriate interpolationscheme. A parametric study on the effects of the dimensions of the cylinder and the number of cells, on the twisting angle was performed. Furthermore, the mechanism of the twist-translation coupled metamaterial was explored through numerical examples.

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