Analysis and design of bistable and thermally reversible metamaterials inspired by shape-memory alloys
Publicat a:International Journal Of Solids And Structures. 275 112278- - 2023-07-15 275(), DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2023.112278
Autors: Vasudevan, A; Rodríguez-Martínez, JA; Romero, I
Afiliacions
Resum
In this work, we study lattice structures that exhibit a bistable behavior, i. e., they can snap from one stable state to another, and are also completely reversible, capable of reverting back to its original state through a heat treatment. We design this behavior by constructing lattice structures using networks of nonlinear springs that display tension–compression asymmetry and have different thermal expansion coefficients. The mismatch in the thermal expansion coefficients induces residual stresses in the springs which results in the lattice structure exhibiting bistability at low temperatures and monostability at high temperatures. This behavior mimics the crystallographic phase transformations of shape memory alloys, but here artificially introduced in a structural lattice. By analyzing a representative unit cell, we quantify the effect that the stiffness and the thermal expansion coefficient of the springs have on the stability of the structural lattice. In addition, for simple 2D lattices, using the concept of universal unfoldings of singularity theory, we perform a perturbation analysis to identify the key variables of the structure where controlling defects is important, as they lead to drastic changes in the bifurcation behavior of the lattice. Finally, we verify numerically our analytical predictions in both 2D and 3D simulations using continuation techniques. The examples proposed confirm that the bistable and reversible features of the unit cell carry on to the macroscale, opening the route for the design of lattice structures for energy absorption applications that can heal with a heat treatment.
Paraules clau
Indicis de qualitat
Impacte bibliomètric. Anàlisi de la contribució i canal de difusió
El treball ha estat publicat a la revista International Journal Of Solids And Structures a causa de la seva progressió i el bon impacte que ha aconseguit en els últims anys, segons l'agència WoS (JCR), s'ha convertit en una referència en el seu camp. A l'any de publicació del treball, 2023, es trobava a la posició 39/170, aconseguint així situar-se com a revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoria Mechanics.
Des d'una perspectiva relativa, i atenent a l'indicador de impacte normalitzat calculat a partir del Field Citation Ratio (FCR) de la font Dimensions, proporciona un valor de: 1.18, el que indica que, comparat amb treballs en la mateixa disciplina i en el mateix any de publicació, el situa com un treball citat per sobre de la mitjana. (font consultada: Dimensions Jul 2025)
Concretament, i atenent a les diferents agències d'indexació, aquest treball ha acumulat, fins a la data 2025-07-12, el següent nombre de cites:
- WoS: 5
- Scopus: 5
Impacte i visibilitat social
Anàlisi del lideratge dels autors institucionals
Hi ha un lideratge significatiu, ja que alguns dels autors pertanyents a la institució apareixen com a primer o últim signant, es pot apreciar en el detall: Últim Autor (ROMERO OLLEROS, IGNACIO).
l'autor responsable d'establir les tasques de correspondència ha estat ROMERO OLLEROS, IGNACIO.