In this paper, stability analysis of sandwich toroidal shell segments (TSSs) with carbon nanotube (CNT)-reinforced face sheets featuring various types of auxetic cores, surrounded by elastic foundations under radial pressure is presented. Two distinct types of auxetic structures are considered for the core, including re-entrant auxetic structure and graphene origami (GOri)-enabled auxetic structure. The nonlinear stability equilibrium equations of the longitudinally shallow shells are formulated using the von Karman shell theory, in conjunction with Stein and McElman approximation while considering Winkler-Pasternak's elastic foundation to simulate the interaction between the shell and elastic foundation. The Galerkin method is employed to derive the nonlinear stability responses of the shells. The numerical investigations show the influences of various types of auxetic-core layers, CNT-reinforced face sheets, as well as elastic foundation on the stability of sandwich shells.
An auxetic structure with negative Poisson's ratio exhibits distinctive mechanical properties in contrast to conventional structures, garnering interest in various fields. However, current research has predominantly focused on the design and optimization of auxetic structures, with limited exploration of their practical applications. In this study, we utilized 3D printing technology to fabricate a soft auxetic structure with triangular shaped perforations, examining the mechanical properties based on geometric structure. Additionally, by inserting shape memory alloys into the fabricated soft auxetic structure, we achieved active two-dimensional deformations and confirmed its selective object permeability. This technology holds the potential to have far-reaching implications across a broad spectrum of industries.
This study proposes to develop a 3D printed re-entrant(RE) strip by shape memory thermoplastic polyurethane that can be deformed and recovered by thermal stimulation. The most suitable 3D printing infill density condition and temperature condition during shape recovery for mechanical behavior were confirmed. As the poisson's ratio indicated, the higher the recovery temperature, the closer the poisson's ratio to zero and the better the auxetic properties. After recovery testing for five minutes, it appeared that the shape recovery ratio was the highest at 70℃. The temperature range when the shape recovery ratio appeared to be more than 90% was a recovery temperature of more than 50℃ and 60℃ when deformed under a constant load of 100 gf and 300 gf, respectively. This indicated that further deformation occurred after maximum recovery when recovered at a temperature of 80℃, which is above the glass transition temperature range. As for REstrip by infill density, a shape recovery properties of 100% was superior than 50%. Additionally, as the re-entrant structure exhibited a shape recovery ratio of more than 90%, and exhibited auxetic properties. It was confirmed that the infill density condition of 100% and the temperature condition of 70℃ are suitable for REstrips for applying the actuator.
Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles
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v.46
no.6
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pp.1074-1087
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2022
This study reports an optimization of a 3D printed wrist brace (WB) for various tilting angles (0°, 45°, 90°) of the re-entrant (RE) pattern and thickness (2 mm, 4 mm) using thermoplastic polyurethane (TPU) filaments and thermoplastic elastomer (TPE) filaments. The actual printing time, weight, Poisson's ratio, and tensile property of the manufactured samples were analyzed. The results confirmed that the actual printing time and weight increased with increasing thickness, regardless of the filament type. All tilting angles of the WB showed a negative Poisson's ratio (NPR), the largest of which appeared at 90°. The results of the tensile property analysis showed that a 90° tilting angle also had the largest value of elongation and stress. From these results, we conclude that the most suitable wrist brace is one in which the actual printing time is low, the weight is minimized to a thickness of 2 mm, and the tilting angle of the RE pattern is 90° for good shock absorption. The choice of filaments may be decided upon according to the user's preference, since the TPU is stiff and the TPE is elastic.
Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles
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v.46
no.5
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pp.927-943
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2022
This study explores the organic form generation method, which reflects the evolving biomimetic approaches converging in fashion technology and considers the characteristics of the organic relationship between the body and the clothing to be represented in contemporary fashion. A literature review on biomimetic architecture and design-related theory and a case study on biomimetic fashion were both conducted. Images, articles, and data related to biomimicry fashion and clothing, including the increase in virtual fashion cases around 2020, were analyzed based on the literature review. Biomimicry was used to derive interdisciplinary similarities in the organic morphogenesis principle, and the result was categorized as a network system, folds and unfolds, pneumatic structures, auxetic growth, and membranes. The biomimetic fashion characteristics, including externalization of the body's interior, expansion of the body structure and silhouette, body protection, independence from the body, and post-human expression through virtualization, were analyzed. Morphogenetic processes performed through biomimetic vision are expected to aid in generating research on the possibility of mass production or popularization in the future through various experimental technical studies.
This paper aims to investigate 4D printing materials for soft robots. 4D printing is a targeted evolution of the 3D printed structure in shape, property, and functionality. It is capable of self-assembly, multi-functionality, and self-repair. In addition, it is time-dependent, printer-independent, and predictable. The shape-shifting behaviors considered in 4D printing include folding, bending, twisting, linear or nonlinear expansion/contraction, surface curling, and generating surface topographical features. The shapes can shift from 1D to 1D, 1D to 2D, 2D to 2D, 1D to 3D, 2D to 3D, and 3D to 3D. In the 4D printing auxetic structure, the kinetiX is a cellular-based material design composed of rigid plates and elastic hinges. In pneumatic auxetics based on the kirigami structure, an inverse optimization method for designing and fabricating morphs three-dimensional shapes out of patterns laid out flat. When 4D printing material is molded into a deformable 3D structure, it can be applied to the exoskeleton material of soft robots such as upper and lower limbs, fingers, hands, toes, and feet. Research on 4D printing materials for soft robots is essential in developing smart clothing for healthcare in the textile and fashion industry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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