Kang, Dae Seung;Han, Seung Chul;Park, Jong Woo;Nguyen, Dang Ban;Kang, Kiju
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.9
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pp.827-833
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2016
Wire-woven Kagome is a kind of Periodic Cellular Metal, which is known to have high strength, stiffness for its weight, and potential for mass production. In this work, we developed a new structure that mimics ${\alpha}$-cristobalite. First, an ordinary wire-woven Kagome was fabricated using metallic wires, and the tetrahedral cells were then filled with metal balls and epoxy. The wire-woven Kagome was transformed to have a negative Poisson's ratio by carrying out a specified amount of initial deformation. The fabrication possibility and kinematic behavior were checked by using FEA simulation. Finally, the mechanical properties were measured using compressive tests.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.1
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pp.70-76
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2008
Periodic cellular metals (PCMs) are actively being investigated because of their excellent specific strength and stiffness, and multi-functionality such as a heat disperse structure bearing external loading. The Kagome truss PCM has been proved that it has higher resistance to plastic buckling and lower anisotropy than other truss PCMs. In this paper, the out-of-plane compressive responses of the WBK specimens have been measured, theoretically predicted and numerically analyzed. Three specimens of two-layered WBK are fabricated and tested for measuring the responses. The peak stress of compressive behavior and effective elastic modulus are predicted based on the equilibrium equation and elastic energy conservation. Moreover, the structure of the specimen is modeled using the commercial mesh generation code, PATRAN and the finite element analysis for the model under the compression is carried out using the commercial FE code, ABAQUS. Finally, the obtained results are compared with each other to analyze the compressive characteristics of Wire-woven Bulk Kagome (WBK).
A Wire-woven Bulk Kagome (WBK) is the new truss type cellular metal fabricated by assembling the helical wires in six directions. The WBK seems to be promising with respect to morphology, fabrication cost, and raw materials. In this paper, first, the geometric and material properties are defined as the main design parameters of the WBK considering the fact that the failure of WBK is caused by buckling of truss elements. Taguchi approach was used as statistical design of experiment(DOE) technique for optimizing the design parameters in terms of maximizing the compressive strength. Normalized specific strength is constant regardless of slenderness ratio even if material properties changed, while it increases gradually as the strainhardening coefficient decreases. Compressive strength of WBK dominantly depends on the slenderness ratio rather than one of the wire diameter, the strut length. Specifically the failure of WBK under compression by elastic buckling of struts mainly depended on the slenderness ratio and elastic modulus. However the failure of WBK by plastic failed marginally depended on the slenderness ratio, yield stress, hardening and filler metal area.
Lightweight metallic truss structures with open, periodic cell are currently being investigated because of their multi-functionality such as thermal management and load bearing. The Kagome truss PCM has been proved that it has higher resistance to plastic buckling, more plastic deformation energy and lower anisotropy than other truss PCMs. The subject of this paper is an examination of the failure mechanism of Wire woven Bulk Kagome(WBK). To address this issue, the out-of-plane compressive responses of the WBK has been measured and compared with theoretical and finite element (FE) predictions. For the experiment, 2 multi-layered WBK are fabricated and 3 specimens are prepared. For the theoretical analysis, the brazed joints of each wire in WBK are modeled as the pin-joint. Then, the peak stress of compressive behavior and elastic modulus are calculated based on the equilibrium equation and energy method. The mechanical structure with five by five cells on the plane are constructed is modeled using the commercial code, PATRAN 2005. and the analysis is achieved by the commercial FE code ABAQUS version 6.5 under the incremental theory of plasticity.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.7
s.262
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pp.792-799
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2007
A newly developed cellular metal based on kagome lattice is an ideal candidate for multifunctional materials achieving various optimal properties. Intensive efforts have been devoted to develop efficient techniques for mass production due to its wide potential applications. Since a variety of imperfections would be inevitably included in the realistic fabrication processes, it is highly important to examine the correlation between the imperfections and material strengths. Previous performance tests were mostly done by numerical simulations such as finite element method (FEM), but only for perfect structures without any imperfection. In this paper, we developed an efficient numerical framework using nonlinear random network analysis (RNA) to verify how the statistical imperfections (geometrical and material property) contribute to the performance of general truss structures. The numerical results for kagome truss structures are compared with experimental measurements on 3-layerd WBK (wire-woven bulk kagome). The mechanical strength of the kagome structures is shown relatively stable with the Gaussian types of imperfections.
A newly developed cellular metal based on kagome lattice is an ideal candidate for multifunctional materials achieving various optimal properties. Intensive efforts have been devoted to develop efficient techniques for mass production due to its wide potential applications. Since a variety of imperfections would be inevitably included in the realistic fabrication processes, it is highly important to examine the correlation between the imperfections and material strengths. Previous performance tests were mostly done by numerical simulations such as finite element method (FEM), but only for perfect structures without any imperfection. In this paper, we developed an efficient numerical framework using nonlinear random network analysis (RNA) to verify how the statistical imperfections (geometrical and material property) contribute to the performance of general truss structures. The numerical results for kagome truss structures are compared with experimental measurements on 3-layerd WBK (wire-woven bulk kagome). The mechanical strength of the kagome structures is shown relatively stable with the Gaussian types of imperfections.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.9
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pp.1099-1103
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2011
Since the mechanical strength and stiffness of wire-woven bulk Kagome (BK) have been theoretically estimated by assuming that WBK is composed of straight struts, the analytical solutions occasionally give substantial errors as compared with the experimental results. The struts of WBK are helically formed, which results in errors in the estimations In this study, for accurately predicting the mechanical properties of WBK, the effects of waviness and brazed part are taken into account for estimating the strength and stiffness of WBK. The results are compared with the measured experimental results and the results estimated by a finite element analysis performed on a unit cell under periodic boundary conditions (PBC).
Recently, a new periodic cellular metal(PCM) named as Wire wove Bulk Kagome(WBK) was introduced. Based on the shape of tetrahedra composing a WBK, WBKs are classified into two types, namely, concave and convex type. They are easily differentiated by changing the assembling sequence. The effect of geometrical parameters such as the wire diameter, strut length and number of layers on the compressive behavior of concave type WBK has already been investigated. In this work, the similar works were performed with the convex type WBKs. It was shown that the compressive strength of the convex type WBK was quite similar to that of the concave type. The compressive strengths of convex type specimens also depend on the slenderness ratio, but a little different from those of concave type specimens in the detailed behavior. And densification occurs earlier than the concave type WBK.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.11
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pp.1659-1666
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2010
In this study, a new type of wire-woven cellular metal named WBD(wire-woven bulk diamond) was developed. Like WBK(wire-woven bulk Kagome), WBD is composed of helically formed wires; WBK was introduced a few years ago, and its mechanical, thermal properties, and engineering applications have been extensively investigated. The number of wires that pass by one another at each cross point in WBD is four, whereas that in WBK is three. The mechanical behavior of WBD subjected to compression was investigated and the results were compared to those for WBK. For a given slenderness ratio the density and yield strength of WBD were about twice as high as those for WBK, but elastic stiffness of WBD was not that higher than that for WBK.
Recently, ultra-lightweight materials with open, periodic cell structures take much attention owing to its potential for multi-functionality such as load bearing, thermal dissipation, and actuation. This paper presents experimental results on the hydraulic and heat transfer characteristics for the Wire-woven Bulk Kagome(WBK) composed of aluminum 1100 wires. The overall pressure drop and heat transfer of the WBK specimen have been experimentally investigated under forced air convection condition. The pressure loss and heat transfer performance of the aluminum WBK are compared with other heat dissipation media. It was shown that heat transfer depended on relative density and surface area density. Comparison with metal foams and other heat dissipation media such as packed beds, lattice frame materials, louvered fins, and other materials suggests that the aluminum WBK competes favorably with the best available heat dissipation media in heat transfer performance.
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