مروری بر مشخصات مکانیکی و کاربردهای سازه ‌های طراحی شده بر مبنای سطوح مینیمال تکرار شونده و نحوه مدل سازی آن ‌ها

سطوح مینیمال، نوعی خاصی از سطوح هندسی هستند که مجموع انحناهای اصلی آن‌ ها در دو راستا در هر نقطه روی سطح، برابر با صفر است. از مهم ‌ترین انواع این سطوح می ‌توان به سطوح مینیمال شوارز پی، الماسی، ژیروید و iwp اشاره کرد. از کاربردهای برجسته این سطوح می ‌توان به طراحی و ساخت سازه‌ های سبک، فیلتراسیون، عایق ‌ها، کاتالیزورها، جاذب ‌ها و همچنین کاربردهای پزشکی نظیر تولید استخوان‌ های مصنوعی و ایمپلنت ‌ها اشاره نمود. در این پژوهش خواص مکانیکی ساختارهای سه ‌بعدی که در اثر تکرار سلولهای واحد مینیمال ایجاد می ‌شوند نظیر استحکام و سفتی، همچنین قابلیت جذب انرژی، خستگی و دوام آن ها مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین کاربردهای این سطوح در حوزه ‌های مهندسی پزشکی، سازه ‌ای، سیالات و انتقال حرارت و خودروسازی بررسی شده است. در ادامه روش ‌های شبیه ‌سازی و مدل سازی این سطوح که در المان محدود و پرینت سه ‌بعدی مورد نیاز است ارائه می ‌شود. سطوح مینیمال تکرار شونده به دلیل ویژگی‌ های منحصر به فرد خود از جمله فراهم نمودن نسبت سطح به حجم بالا و نسبت سفتی به وزن و استحکام به وزن بالا پتانسیل بالایی برای استفاده در حوزه‌ های مختلف صنعتی و پزشکی دارند و قابلیت این را دارند که در چارت ‌های انتخاب مواد، گزینه‌ های جدیدی را فرا روی پژوهشگران و مهندسان قرار دهند.

a review of the mechanical characteristics and applications of structures designed based on triply periodic minimal surfaces and their modeling methods

minimal surfaces are a special type of geometric surfaces whose sum of main curvatures in two directions at any point is equal to zero. among the most important types ofthese levels, we can mention the minimal schwarz levels including primitive, diamond, gyroid and i-wp. among the outstanding applications of these surfaces, we can mention thedesign and construction of light structures, filtration, insulators, catalysts, absorbents, as wellas medical applications such as the production of artificial bones and implants. in this research,the mechanical properties of three-dimensional structures created by the repetition of minimalunit cells, such as strength and stiffness, as well as their ability to absorb energy, fatigue anddurability, have been investigated. also, the applications of these surfaces in the fields ofmedical, structural, fluids and heat transfer and automotive engineering have beeninvestigated. in the following, the simulation and modeling methods of these surfaces, whichare required in finite element and 3d printing, are presented. three dimensional periodicminimal surfaces have a high potential for use in various industrial and medical fields due to their exceptional features, including high surface-to-volume ratio, stiffness-to-weight ratio, and strength-to-weight ratio to present new options to researchers and engineers in material selection charts.