The effective mechanical properties of the octet-truss lattice structured material have been investigated both experimentally and theoretically. Analytical and FE calculations of the elastic properties and plastic yielding collapse surfaces are reported. The intervention of elastic buckling of the struts is also analysed in an approximate manner. Good agreement is found between the predictions of the strength and experimental observations from tests on the octet-truss material made from a casting aluminium alloy. Moreover, the strength and stiffness of the octet-truss material are stretching-dominated and compare favourably with the corresponding properties of metallic foams. Thus, the octet-truss lattice material can be considered as a promising alternative to metallic foams in lightweight structures.

The yield behaviour of two aluminium alloy foams (Alporas and Duocel) has been investigated for a range of axisymmetric compressive stress states. The initial yield surface has been measured, and the evolution of the yield surface has been explored for uniaxial and hydrostatic stress paths. It is found that the hydrostatic yield strength is of similar magnitude to the uniaxial yield strength. The yield surfaces are of quadratic shape in the stress space of mean stress versus effective stress, and evolve without corner formation. Two phenomenological isotropic constitutive models for the plastic behaviour are proposed. The first is based on a geometrically self-similar yield surface while the second is more complex and allows for a change in shape of the yield surface due to differential hardening along the hydrostatic and deviatoric axes. Good agreement is observed between the experimentally measured stress versus strain responses and the predictions of the models.

A class of phenomenological strain gradient plasticity theories is formulated to accommodate more than one material length parameter. The objective is a generalization of the classical J2 flow theory of plasticity to account for strain gradient effects that emerge in deformation phenomena at the micron scale. A special case involves a single length parameter and is of similar form to that proposed by Aifantis and co-workers. Distinct computational advantages are associated with this class of theories that make them attractive for applications requiring the generation of numerical solutions. The higher-order nature of the theories is emphasized, involving both higher-order stresses and additional boundary conditions. Competing members in the class of theories will be examined in light of experimental data on wire torsion, sheet bending, indentation and other micron scale plasticity phenomena. The data strongly suggest that at least two distinct material length parameters must be introduced in any phenomenological gradient plasticity theory, one parameter characterizing problems for which stretch gradients are dominant and the other relevant to problems when rotation gradients (or shearing gradients) are controlling. Flow and deformation theory versions of the theory are highlighted that can accommodate multiple length parameters. Examination of several basic problems reveals that the new formulations predict quantitatively similar plastic behavior to the theory proposed earlier by the present authors. The new formulations improve on the earlier theory in the manner in which elastic and plastic strains are decomposed and in the representation of behavior in the elastic range.

The multifunctional performance of stochastic (foamed) cellular metals is now well documented. This article compares such materials with the projected capabilities of materials with periodic cells, configured as cores of panels, tubes and shells. The implementation opportunities are as ultra-light structures, for compact cooling, in energy absorption and vibration control. The periodic topologies comprise either micro-truss lattices or prismatic materials. Performance benefits that can be expected upon implementing these periodic materials are presented and compared with competing concepts. Methods for manufacturing these materials are discussed and some cost/performance trade-offs are addressed.

A review of experimental data and elementary theoretical formulas for compressive failure of polymer matrix fibre composites indicates that the dominant failure mode is by plastic kinking. Initial local fibre misalignment plays a central role in the plastic kinking process. Theoretical analyses and numerical results for compressive kinking are presented, encompassing effects of strain-hardening, kink inclination, and applied shear stress. The assumption of rigid fibres is assessed critically, and the legitimacy of its use for polymer matrix composites is established.

Micro-architectured materials offer the opportunity of obtaining unique combinations of material properties. First, a historical perspective is given to the expansion of material property space by the introduction of new alloys and new microstructures. Principles of design of micro-architecture are then given and the role of nodal connectivity is emphasized for monoscale and multi-scale microstructures. The stiffness, strength and damage tolerance of lattice materials are reviewed and compared with those of fully dense solids. It is demonstrated that micro-architectured materials are able to occupy regions of material property space (such as high stiffness, strength and fracture toughness at low density) that were hitherto empty. Some challenges for the development of future materials are highlighted.

Plane wave propagation in infinite two-dimensional periodic lattices is investigated using Floquet-Bloch principles. Frequency bandgaps and spatial filtering phenomena are examined in four representative planar lattice topologies: hexagonal honeycomb, Kagomé lattice, triangular honeycomb, and the square honeycomb. These topologies exhibit dramatic differences in their long-wavelength deformation properties. Long-wavelength asymptotes to the dispersion curves based on homogenization theory are in good agreement with the numerical results for each of the four lattices. The slenderness ratio of the constituent beams of the lattice (or relative density) has a significant influence on the band structure. The techniques developed in this work can be used to design lattices with a desired band structure. The observed spatial filtering effects due to anisotropy at high frequencies (short wavelengths) of wave propagation are consistent with the lattice symmetries.

The high strain rate compressive behaviour of two cellular aluminium alloys (Alulight and Duocel) has been investigated using the split Hopkinson pressure bar and direct impact tests. It is found that the dynamic behaviour of these foams is very similar to their quasi-static behaviour. The plateau stress is almost insensitive to strain rate, for strain rates ε̇ up to 5000s−1. Deformation is localised in weak bands in the Alulight foam but is spatially uniform for the Duocel foam, over the full range of strain rates 10−3s−1⩽ε̇⩽5000s−1.