Xấp xỉ giải tích và mô phỏng số bài toán lan truyền trong vật liệu cấu trúc mặt cong Primitive hai chiều
Email:
viettb@utc.edu.vn
Từ khóa:
Vật liệu cấu trúc, hệ số thấm, hệ số dẫn, phần tử hữu hạn, cơ học vi mô
Tóm tắt
Với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo bồi đắp, vật liệu có cấu trúc đặc biệt ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng thực tế. Nghiên cứu này tập trung vào mối quan hệ giữa hình học của cấu trúc tuần hoàn mặt cong tối thiểu (TPMS) dạng Primitive hai chiều và các đặc tính truyền dẫn hiệu dụng của vật liệu. Ảnh hưởng của tham số hình học được khảo sát thông qua mối quan hệ với độ rỗng (mật độ), vốn đóng vai trò như một chỉ số đặc trưng quan trọng của cấu trúc. Một bộ mô phỏng số toàn diện được thực hiện bằng phương pháp phần tử hữu hạn, trong đó tỷ lệ thể tích pha cốt thay đổi từ 0 đến 1 và hệ số dẫn có độ tương phản lớn nhằm phản ánh nhiều chế độ truyền dẫn khác nhau. Từ kết quả mô phỏng, hệ số dẫn hiệu dụng được xác định và so sánh với các mô hình giải tích kinh điển dựa trên cơ học vi mô. Kết quả cho thấy các công thức cổ điển vẫn giữ giá trị dự báo, trong đó cận dưới Hashin–Shtrikman (cho trường hợp mật độ pha cốt nhỏ) và xấp xỉ tự tương hợp cổ điển (cho trường hợp mật độ pha cốt lớn) thể hiện độ chính xác tốt so với các mô hình khác khi mô tả khả năng truyền dẫn của cấu trúc Primitive. Nghiên cứu này đóng góp vào việc hiểu sâu hơn mối quan hệ cấu trúc – tính chất trong vật liệu TPMS, đồng thời đề xuất một khung mô hình giải tích – số tin cậy, đơn giản và có tính ứng dụng cao trong thiết kế vật liệu cấu trúcTài liệu tham khảo
[1]. K. Tran Quoc, L.B. Nguyen, V.H. Luong, H. Nguyen Xuan, Machine learning for predicting mechanical behavior of concrete beams with 3D printed TPMS, Vietnam Journal of Mechanics, 44 (2022) 538–584. https://doi.org/10.15625/0866-7136/17999
[2]. M. Benedetti, A. du Plessis, R.O. Ritchie, M. Dallago, S.M.J. Razavi, F. Berto, Architected cellular materials: A review on their mechanical properties towards fatigue-tolerant design and fabrication, Materials Science and Engineering: R: Reports, 144 (2021) 100606. https://doi.org/10.1016/j.mser.2021.100606
[3]. A. Garg, A. Sharma, W. Zheng, L. Li, A review on artificial intelligence-enabled mechanical analysis of 3D printed and FEM-modelled auxetic metamaterials, Virtual and Physical Prototyping, 20 (2025) e2445712. https://doi.org/10.1080/17452759.2024.2445712
[4]. F.L. Rashid, N.M.L. Al Maimuri, M.A. Al-Obaidi, M.A. Eleiwi, A. Ameen, S. Ahmad, A. Chibani, M. Kezzar, E.B. Agyekum, Enhancing heat transfer across applications with triply periodic minimal surface (TPMS) structures: A comprehensive review, Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, 216 (2025) 110460. https://doi.org/10.1016/j.cep.2025.110460
[5]. I. Mat Samudin, N.A. Mohd Radzuan, A.B. Sulong, Q. Ma, A.H. Azman, W.F.H. Wan Zamri, Stress strain curve analysis of sheet based TPMS structures in quasi static compression test: A review, Journal of Materials Research and Technology, 36 (2025) 5757–5796. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.04.168
[6]. B.A. Le, B.V. Tran, T.S. Vu, Q.B. Nguyen, H.Q. Nguyen, X. Chateau, Anisotropy and Mechanical Characteristics of Ultra-High Performance Concrete and Its Interpenetrating Phase Composite With Triply Periodic Minimal Surface Architectures, Journal of Applied Mechanics, 91 (2024) 091008. https://doi.org/10.1115/1.4065901
[7]. N.K. Choudhry, T.K. Nguyen, V. Nguyen-Van, B. Panda, P. Tran, Auxetic lattice reinforcement for tailored mechanical properties in cementitious composite: Experiments and modelling, Construction and Building Materials, 438 (2024) 137252. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.137252
[8]. Y. Xu, B. Šavija, Auxetic cementitious composites (ACCs) with excellent compressive ductility: Experiments and modeling, Materials & Design, 237 (2024) 112572. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112572
[9]. Y. Xu, Z. Meng, R.J.M. Bol, B. Šavija, Spring-like behavior of cementitious composite enabled by auxetic hyperelastic frame, International Journal of Mechanical Sciences, 275 (2024) 109364. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2024.109364
[10]. B.V. Tran, D.C. Pham, T.H.G. Nguyen, Equivalent-inclusion approach and effective medium approximations for elastic moduli of compound-inclusion composites, Archive of Applied Mechanics, 85 (2015) 1983–1995. https://doi.org/10.1007/s00419-015-1031-6
[11]. B.V. Tran, D.C. Pham, M.D. Loc, M.C. Le, An adaptive approach for the chloride diffusivity of cement-based materials, Computers and Concrete, 23 (2019) 145–153. https://doi.org/10.12989/CAC.2019.23.2.145
[12]. L. Dormieux, D. Kondo, F.J. Ulm, Microporomechanics, John Wiley & Sons, 2006.
[13]. B.V. Tran, A simple model to predict effective conductivity of multicomponent matrix-based composite materials with high volume concentration of particles, Composites Part B: Engineering, (2019) 106997. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.106997
[14]. S. Torquato, Random heterogeneous materials: microstructure and macroscopic properties, Springer Science & Business Media, 2013.
[2]. M. Benedetti, A. du Plessis, R.O. Ritchie, M. Dallago, S.M.J. Razavi, F. Berto, Architected cellular materials: A review on their mechanical properties towards fatigue-tolerant design and fabrication, Materials Science and Engineering: R: Reports, 144 (2021) 100606. https://doi.org/10.1016/j.mser.2021.100606
[3]. A. Garg, A. Sharma, W. Zheng, L. Li, A review on artificial intelligence-enabled mechanical analysis of 3D printed and FEM-modelled auxetic metamaterials, Virtual and Physical Prototyping, 20 (2025) e2445712. https://doi.org/10.1080/17452759.2024.2445712
[4]. F.L. Rashid, N.M.L. Al Maimuri, M.A. Al-Obaidi, M.A. Eleiwi, A. Ameen, S. Ahmad, A. Chibani, M. Kezzar, E.B. Agyekum, Enhancing heat transfer across applications with triply periodic minimal surface (TPMS) structures: A comprehensive review, Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, 216 (2025) 110460. https://doi.org/10.1016/j.cep.2025.110460
[5]. I. Mat Samudin, N.A. Mohd Radzuan, A.B. Sulong, Q. Ma, A.H. Azman, W.F.H. Wan Zamri, Stress strain curve analysis of sheet based TPMS structures in quasi static compression test: A review, Journal of Materials Research and Technology, 36 (2025) 5757–5796. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.04.168
[6]. B.A. Le, B.V. Tran, T.S. Vu, Q.B. Nguyen, H.Q. Nguyen, X. Chateau, Anisotropy and Mechanical Characteristics of Ultra-High Performance Concrete and Its Interpenetrating Phase Composite With Triply Periodic Minimal Surface Architectures, Journal of Applied Mechanics, 91 (2024) 091008. https://doi.org/10.1115/1.4065901
[7]. N.K. Choudhry, T.K. Nguyen, V. Nguyen-Van, B. Panda, P. Tran, Auxetic lattice reinforcement for tailored mechanical properties in cementitious composite: Experiments and modelling, Construction and Building Materials, 438 (2024) 137252. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.137252
[8]. Y. Xu, B. Šavija, Auxetic cementitious composites (ACCs) with excellent compressive ductility: Experiments and modeling, Materials & Design, 237 (2024) 112572. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112572
[9]. Y. Xu, Z. Meng, R.J.M. Bol, B. Šavija, Spring-like behavior of cementitious composite enabled by auxetic hyperelastic frame, International Journal of Mechanical Sciences, 275 (2024) 109364. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2024.109364
[10]. B.V. Tran, D.C. Pham, T.H.G. Nguyen, Equivalent-inclusion approach and effective medium approximations for elastic moduli of compound-inclusion composites, Archive of Applied Mechanics, 85 (2015) 1983–1995. https://doi.org/10.1007/s00419-015-1031-6
[11]. B.V. Tran, D.C. Pham, M.D. Loc, M.C. Le, An adaptive approach for the chloride diffusivity of cement-based materials, Computers and Concrete, 23 (2019) 145–153. https://doi.org/10.12989/CAC.2019.23.2.145
[12]. L. Dormieux, D. Kondo, F.J. Ulm, Microporomechanics, John Wiley & Sons, 2006.
[13]. B.V. Tran, A simple model to predict effective conductivity of multicomponent matrix-based composite materials with high volume concentration of particles, Composites Part B: Engineering, (2019) 106997. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.106997
[14]. S. Torquato, Random heterogeneous materials: microstructure and macroscopic properties, Springer Science & Business Media, 2013.
Tải xuống
Chưa có dữ liệu thống kê
Nhận bài
09/09/2025
Nhận bài sửa
17/11/2025
Chấp nhận đăng
10/12/2025
Xuất bản
15/12/2025
Chuyên mục
Công trình khoa học
Kiểu trích dẫn
Hoàng Thị Minh, H., Tống Anh, T., Trần Anh, T., Trương Đình Thảo, A., & Trần Bảo, V. (1765731600). Xấp xỉ giải tích và mô phỏng số bài toán lan truyền trong vật liệu cấu trúc mặt cong Primitive hai chiều. Tạp Chí Khoa Học Giao Thông Vận Tải, 76(9), 1229-1242. https://doi.org/10.47869/tcsj.76.9.7
