Merci fir besicht Nature.com. Dir benotzt eng Browser Versioun mat limitéierter CSS Ënnerstëtzung. Fir déi bescht Erfahrung empfeelen mir Iech en aktualiséierte Browser ze benotzen (oder de Kompatibilitéitsmodus am Internet Explorer auszeschalten). An der Tëschenzäit, fir weider Ënnerstëtzung ze garantéieren, weisen mir de Site ouni Stiler a JavaScript.
Sandwich Panel Strukture gi wäit a ville Industrien benotzt wéinst hiren héije mechanesche Properties. D'Zwëschenschicht vun dëse Strukturen ass e ganz wichtege Faktor fir hir mechanesch Eegeschaften ënner verschiddene Belaaschtungsbedéngungen ze kontrolléieren an ze verbesseren. Konkave Gitterstrukture sinn aussergewéinlech Kandidate fir als Interlayer an esou Sandwichstrukturen aus verschiddene Grënn ze benotzen, nämlech fir hir Elastizitéit (zB Poisson Verhältnis an elastesch Steifheitswäerter) an Duktilitéit (zB héich Elastizitéit) fir Simplicitéit ze stëmmen. D'Stäerkt-zu-Gewiicht Verhältnis Eegeschafte ginn erreecht andeems nëmmen déi geometresch Elementer ugepasst sinn, déi d'Eenheetszell ausmaachen. Hei ënnersicht mir d'flexural Äntwert vun engem 3-Schicht konkave Kär Sandwich Panel mat analyteschen (dh Zickzack Theorie), computational (dh endlech Element) an experimentell Tester. Mir analyséieren och den Effet vu verschiddene geometreschen Parameteren vun der konkav Gitter Struktur (zB Wénkel, Dicke, Eenheet Zell Längt an Héicht Verhältnis) op de globale mechanesch Verhalen vun der Sandwich Struktur. Mir hunn erausfonnt datt Kärstrukturen mat auxeteschen Verhalen (dh negativ Poisson Verhältnis) méi héijer Flexiounskraaft a minimalen Aus-Fliger-Schéierstress am Verglach mat konventionelle Gitter weisen. Eis Erkenntnisser kënnen de Wee fir d'Entwécklung vu fortgeschrattem manipuléierte Multilayer Strukture mat architektonesche Kärgitter fir Raumfaart- a Biomedizinesch Uwendungen opmaachen.
Wéinst hirer héijer Kraaft a gerénger Gewiicht gi Sandwichstrukture vill a ville Industrien benotzt, dorënner mechanesch a Sportausrüstungsdesign, Marine, Raumfaart a Biomedizinesch Ingenieur. Konkave Gitterstrukture sinn e potenzielle Kandidat, deen als Kärschichten an esou Kompositstrukturen ugesi gëtt wéinst hirer superieure Energieabsorptiounskapazitéit an héijer Stäerkt-zu-Gewiicht Verhältnis Eegeschafte1,2,3. An der Vergaangenheet goufe grouss Efforte gemaach fir liicht Sandwichstrukturen mat konkave Gitter ze designen fir déi mechanesch Eegeschafte weider ze verbesseren. Beispiller vun esou entworf och héich Drock Laascht an Schëffer huel a Schock absorbers an Autoen 4,5. De Grond firwat d'konkave Gitterstruktur ganz populär ass, eenzegaarteg a gëeegent fir Sandwichpanelkonstruktioun ass seng Fäegkeet fir seng elastomechanesch Eegeschaften onofhängeg ze stëmmen (zB elastesch Steifheit a Poisson Verglach). Eng esou interessant Eegenschaft ass dat auxetescht Verhalen (oder negativ Poisson Verhältnis), wat op d'lateral Expansioun vun enger Gitterstruktur bezitt wann se an der Längs gestreckt gëtt. Dëst ongewéinlech Verhalen ass am Zesummenhang mat dem mikrostrukturellen Design vu sengen Elementarzellen7,8,9.
Zënter dem Lakes seng éischt Fuerschung iwwer d'Produktioun vun auxetesche Schaum, si bedeitend Efforte gemaach fir porös Strukture mat engem negativen Poisson Verhältnis10,11 z'entwéckelen. Verschidde Geometrie goufen proposéiert fir dëst Zil z'erreechen, sou wéi chiral, semi-steiwe a steife rotéierende Eenheetszellen,12 déi all auxetescht Verhalen weisen. D'Entstoe vun additiv Fabrikatioun (AM, och bekannt als 3D Dréckerei) Technologien huet och d'Ëmsetzung vun dësen 2D oder 3D auxetic Strukturen erliichtert13.
Den auxetic Verhalen bitt eenzegaarteg mechanesch Eegeschaften. Zum Beispill, Lakes an Elms14 hunn gewisen datt auxetesch Schaum méi héich Ausbezuelungsstäerkt, méi héich Impaktenergie-Absorptiounskapazitéit a méi niddereg Steifheet hunn wéi konventionell Schaum. Wat d'dynamesch mechanesch Eegeschafte vun auxetesche Schaum ugeet, weisen se méi héich Resistenz ënner dynamesche Breaklasten a méi héijer Verlängerung ënner reiner Spannung15. Zousätzlech wäert d'Benotzung vun auxeteschen Faseren als Verstäerkungsmaterialien a Kompositen hir mechanesch Eegeschafte verbesseren16 a Resistenz géint Schued verursaacht duerch Faserstrecken17.
D'Fuerschung huet och gewisen datt d'Benotzung vun konkave auxetesche Strukturen als Kär vu kromme Kompositstrukturen hir Out-of-Pearleistung verbesseren kann, inklusiv flexural Steifheit a Kraaft18. Mat engem Schichtenmodell gouf et och beobachtet datt en auxetesche Kär d'Bruchstäerkt vu Kompositplacke erhéijen19. Composites mat auxeteschen Faseren verhënneren och Rëss Ausbreedung am Verglach mat konventionelle Faseren20.
Zhang et al.21 modeliséiert déi dynamesch Kollisioun Verhalen vun zréck Zell Strukturen. Si hunn erausfonnt datt d'Spannung an d'Energieabsorptioun verbessert ka ginn andeems de Wénkel vun der auxetescher Eenheetszell erhéicht gëtt, wat zu engem Gitter mat engem méi negativen Poisson-Verhältnis resultéiert. Si hunn och virgeschloen datt sou auxetesch Sandwichpanelen als Schutzstrukture géint héich Belaaschtungsquote Impaktlasten benotzt kënne ginn. Imbalzano et.
An de leschte Jore gouf vill Opmierksamkeet op numeresch an experimentell Studien vu Sandwichstrukturen mat auxeteschen Filler bezuelt. Dës Studie markéieren Weeër fir d'mechanesch Eegeschafte vun dëse Sandwichstrukturen ze verbesseren. Zum Beispill, eng genuch déck auxetesch Schicht als de Kär vun engem Sandwichpanel ze berücksichtegen kann zu engem méi héijen effektive Young Modulus resultéieren wéi déi steifste Schicht23. Zousätzlech, kann d'Biege Verhalen vun kaschéierte Trägere 24 oder auxetic Kär Réier 25 mat der Optimisatioun Algorithmus verbessert ginn. Et ginn aner Studien iwwer mechanesch Tester vun expandable Kär Sandwich Strukturen ënner méi komplex Laascht. Zum Beispill, Kompressiounsprüfung vu Betonkompositen mat auxeteschen Aggregaten, Sandwichplacke ënner explosive Lasten27, Béitests28 a Low-Velocity Impact Tester29, souwéi Analyse vun net-linearer Béie vu Sandwichplacke mat funktionell differenzéierten auxeteschen Aggregaten30.
Well Computersimulatiounen an experimentell Evaluatioune vun esou Designen dacks Zäitopwendeg a deier sinn, gëtt et e Besoin fir theoretesch Methoden z'entwéckelen, déi effizient a präzis d'Informatioun ubidden, déi néideg sinn fir multilayer auxetic Kärstrukturen ënner arbiträr Luedebedéngungen ze designen. raisonnabel Zäit. Wéi och ëmmer, modern analytesch Methoden hunn eng Rei Aschränkungen. Besonnesch dës Theorien sinn net genee genuch fir d'Behuele vu relativ décke Kompositmaterialien virauszesoen a Kompositen ze analyséieren, déi aus verschiddene Materialien mat wäit ënnerschiddlechen elastesche Eegeschafte besteet.
Zënter datt dës analytesch Modeller vun ugewandte Lasten a Grenzbedéngungen ofhänken, wäerte mir hei op d'flexural Verhalen vun auxetesche Kär Sandwichpanelen konzentréieren. Déi gläichwäerteg Single-Schicht-Theorie, déi fir sou Analysen benotzt gëtt, kann net korrekt Schéier- an Axialspannungen an héich inhomogenen Laminaten a moderéierter Dicke Sandwichkomposite viraussoen. Ausserdeem, an e puer Theorien (zum Beispill, an der Layer Theorie), hänkt d'Zuel vun kinematic Verännerlechen (zum Beispill, Verréckelung, Vitesse, etc.) staark vun der Unzuel vun Schichten. Dëst bedeit datt d'Bewegungsfeld vun all Schicht onofhängeg beschriwwe ka ginn, wärend bestëmmte kierperlech Kontinuitéitsbeschränkungen erfëllen. Dofir féiert dëst zu enger grousser Zuel vu Variabelen am Modell ze berücksichtegen, wat dës Approche computationally deier mécht. Fir dës Aschränkungen ze iwwerwannen, proposéiere mir eng Approche baséiert op Zickzack Theorie, eng spezifesch Ënnerklass vun der Multilevel Theorie. D'Theorie liwwert Kontinuitéit vum Schéierspannung uechter d'Dicke vum Laminat, andeems en Zickzack Muster vun In-Fliger Verrécklungen ugeholl. Also gëtt d'Zickzack-Theorie déiselwecht Zuel vu kinematesche Verännerlechen onofhängeg vun der Unzuel vun de Schichten am Laminat.
Fir d'Kraaft vun eiser Method ze weisen fir d'Behuele vu Sandwichpanelen mat konkave Kären ënner Béielasten virauszesoen, hu mir eis Resultater mat klasseschen Theorien verglach (dh eis Approche mat Rechenmodeller (dh endlech Elementer) an experimentell Daten (dh Dräi-Punkt Béie vun 3D gedréckte Sandwich Panels).Zu dësem Zweck hu mir fir d'éischt d'Verschiebungsverhältnis op Basis vun der Zickzack-Theorie ofgeleet, an duerno d'konstitutiv Equatioune mam Hamilton-Prinzip kritt an se mat der Galerkin-Methode geléist. D'Resultater erhalen sinn e staarkt Tool fir entspriechend Design. geometresch Parameteren vu Sandwichplacke mat auxeteschen Filler, déi d'Sich no Strukturen mat verbesserte mechanesche Properties erliichteren.
Betruecht eng dräi-Schicht Sandwich Panel (Fig. 1). Geometresch Designparameter: iewescht Schicht \({h}_{t}\), Mëttelschicht \({h}_{c}\) an ënnen Schicht \({h}_{b}\) Dicke. Mir hypothetiséieren datt de strukturelle Kär aus enger pitted Gitterstruktur besteet. D'Struktur besteet aus elementar Zellen, déi niefteneen op eng bestallt Manéier arrangéiert sinn. Andeems Dir d'geometresch Parameter vun enger konkave Struktur änneren, ass et méiglech seng mechanesch Eegeschaften z'änneren (dh d'Wäerter vum Poisson Verhältnis an elastesche Steifheit). Déi geometresch Parameter vun der elementarer Zell ginn an der Fig. 1 abegraff Wénkel (θ), Längt (h), Héicht (L) a Kolonnedicke (t).
D'Zickzack-Theorie liwwert ganz genee Prognosen vum Stress a Belaaschtungsverhalen vu geschichte Kompositstrukturen vu moderéierter Dicke. Strukturell Verréckelung an der Zickzack Theorie besteet aus zwee Deeler. Den éischten Deel weist d'Behuele vun der Sandwichpanel als Ganzt, während den zweeten Deel d'Verhalen tëscht Schichten kuckt fir d'Schéierspannungskontinuitéit (oder déi sougenannt Zickzack-Funktioun) ze garantéieren. Zousätzlech verschwënnt de Zickzack Element op der äusserer Uewerfläch vum Laminat, an net an dëser Schicht. Sou suergt d'Zickzackfunktioun datt all Schicht zu der totaler Querschnittverformung bäidréit. Dëse wichtegen Ënnerscheed bitt eng méi realistesch kierperlech Verdeelung vun der Zickzackfunktioun am Verglach mat anere Zickzackfunktiounen. Den aktuellen modifizéierten Zickzackmodell bitt keng transversal Schéierspannungskontinuitéit laanscht d'Mëttelschicht. Dofir kann d'Verschiebungsfeld baséiert op der Zickzack-Theorie wéi follegt geschriwwe ginn31.
an der Equatioun. (1), k=b, c an t representéieren déi ënnescht, mëttler an iewescht Schichten, respektiv. D'Verschiebungsfeld vum mëttlere Fliger laanscht d'kartesesch Achs (x, y, z) ass (u, v, w), an d'Biegerotatioun am Fliger ëm d'(x, y) Achs ass \({\uptheta} _ {x}\) an \ ({\uptheta}_{y}\). \({\psi}_{x}\) an \({\psi}_{y}\) si raimlech Quantitéite vun der Zickzack-Rotatioun, a \({\phi}_{x}^{k}\ lénks ( z \right)\) an \({\phi}_{y}^{k}\left(z\right)\) sinn Zickzack Funktiounen.
D'Amplitude vum Zickzack ass eng Vektorfunktioun vun der aktueller Äntwert vun der Plack op déi ugewandt Belaaschtung. Si bidden eng adequat Skaléierung vun der Zickzackfunktioun, doduerch de Gesamtbäitrag vum Zickzack zur Verréckelung am Fliger ze kontrolléieren. Scherbelaaschtung iwwer d'Plackdicke besteet aus zwee Komponenten. Den éischten Deel ass de Schéierwénkel, eenheetlech iwwer d'Dicke vum Laminat, an den zweeten Deel ass eng Stéck konstant Funktioun, eenheetlech iwwer d'Dicke vun all eenzel Schicht. No dëse Stéck konstante Funktiounen kann d'Zickzackfunktioun vun all Schicht geschriwwe ginn wéi:
an der Equatioun. (2), \({c}_{11}^{k}\) an \({c}_{22}^{k}\) sinn d'Elastizitéitskonstanten vun all Schicht, an h ass d'total Dicke vun den disc. Ausserdeem sinn \({G}_{x}\) an \({G}_{y}\) déi gewiicht duerchschnëttlech Schéiersteifheetskoeffizienten, ausgedréckt als 31:
Déi zwee Zickzack Amplitude Funktiounen (Equatioun (3)) an déi reschtlech fënnef kinematic Verännerlechen (Equatioun (2)) vun der éischter Uerdnung Schéier Deformatiounstheorie bilden eng Rei vu siwen Kinematics verbonne mat dëser geännert Zickzack Plack Theorie Variabel. Wann een eng linear Ofhängegkeet vun der Deformatioun ugeholl an d'Zickzack-Theorie berücksichtegt, kann d'Deformatiounsfeld am kartesesche Koordinatesystem als:
wou \({\varepsilon}_{yy}\) an \({\varepsilon}_{xx}\) normal Deformatiounen sinn, an \({\gamma}_{yz},{\gamma}_{xz} \) an \({\gamma}_{xy}\) sinn Schéierdeformatiounen.
Mat Hëllef vum Hooke Gesetz a berücksichtegt d'Zickzack Theorie, kann d'Relatioun tëscht Stress a Belaaschtung vun enger orthotropescher Plack mat enger konkav Gitterstruktur aus der Equatioun (1) kritt ginn. (5)32 wou \({c}_{ij}\) d'elastesch Konstant vun der Stress-Belaaschtungsmatrix ass.
wou \({G}_{ij}^{k}\), \({E}_{ij}^{k}\) an \({v}_{ij}^{k}\) geschnidden sinn Kraaft ass de Modulus a verschiddene Richtungen, Young's Modulus a Poisson's Verhältnis. Dës Koeffizienten sinn gläich an all Richtungen fir d'isotopesch Schicht. Zousätzlech, fir d'Réckkéier vun der Gitter, wéi an der Fig.
Uwendung vum Hamilton Prinzip op d'Bewegungsequatioune vun enger Multilayer Plack mat engem konkave Gitterkär liwwert d'Basisgleichunge fir den Design. Dem Hamilton säi Prinzip ka geschriwwe ginn wéi:
Ënnert hinnen representéiert δ de Variatiounsbedreiwer, U representéiert d'Belaaschtungspotenzial Energie, a W representéiert d'Aarbecht vun der externer Kraaft. Déi total potenziell Belaaschtungsenergie gëtt mat der Equatioun kritt. (9), wou A d'Regioun vum Medianplang ass.
Unzehuelen eng eenheetlech Uwendung vun der Belaaschtung (p) an der z-Richtung, kann d'Aarbecht vun der externer Kraaft aus der folgender Formel kritt ginn:
Equatioune (4) an (5) (9) ersetzen an d'Gleichung ersetzen. (9) an (10) (8) an d'Integratioun iwwer d'Plackdicke, d'Equatioun: (8) kann als nei geschriwwe ginn:
Den Index \(\phi\) representéiert d'Zickzackfunktioun, \({N}_{ij}\) an \({Q}_{iz}\) sinn Kräften an an aus dem Fliger, \({M} _{ij }\) representéiert e Béiemoment, an d'Berechnungsformel ass wéi follegt:
Uwendung vun Integratioun duerch Deeler op d'Gleichung. Ersetzen an d'Formel (12) an d'Berechnung vum Variatiounskoeffizient, kann d'definéierend Equatioun vum Sandwichpanel a Form vun der Formel (12) kritt ginn. (13).
D'Differentialkontrollequatioune fir fräi ënnerstëtzt Dräi-Schichtplacke ginn duerch d'Galerkin-Methode geléist. Ënnert der Viraussetzung vu quasi-statesche Bedéngungen gëtt déi onbekannt Funktioun als Equatioun ugesinn: (14).
\({u}_{m,n}\), \({v}_{m,n}\), \({w}_{m,n}\),\({{\uptheta}_ {\mathrm {x}}}_{\mathrm {m} \text{,n}}\),\({{\uptheta }_{\mathrm {y}}}_{\mathrm {m} \text {,n}}\), \({{\uppsi}_{\mathrm{x}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) an \({{\uppsi}_{ \mathrm{y}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) sinn onbekannt Konstanten déi kritt kënne ginn andeems de Feeler miniméiert. \(\overline{\overline{u}} \left({x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{v}} \left({x{\text) {,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{w}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline {{{\uptheta}_{x}}}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{{{\uptheta}_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{{\psi_{x}}}} \left( {x{\text{, y}}} \right)\) an \(\overline{\overline{{ \psi_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\) sinn Testfunktiounen, déi déi minimal néideg Grenzbedéngungen erfëllen. Fir just ënnerstëtzt Grenzbedéngungen, kann d'Testfunktioun als nei berechent ginn:
Ersatz vun Equatiounen gëtt algebraesch Equatiounen. (14) zu de regéierende Equatiounen, déi zu der Erhalen vun onbekannte Koeffizienten an der Equatioun (14) féieren. (14).
Mir benotzen endlech Elementmodelléierung (FEM) fir d'Biege vun engem fräi ënnerstëtzte Sandwichpanel mat enger konkav Gitterstruktur als Kär ze computersimuléieren. D'Analyse war an engem kommerziellen endgülteg Element Code gesuergt (zum Beispill, Abaqus Versioun 6.12.1). 3D hexahedral zolidd Elementer (C3D8R) mat vereinfacht Integratioun goufen benotzt déi iewescht an ënnen Schichten ze modelléieren, a linear tetrahedral Elementer (C3D4) goufen benotzt fir d'Zwëschen (konkav) Gitterstruktur ze modelléieren. Mir hunn eng Mesh-Sensibilitéitsanalyse gemaach fir d'Konvergenz vum Mesh ze testen an ofgeschloss datt d'Verschiebungsresultater op der klengster Featuregréisst tëscht den dräi Schichten konvergéiert hunn. D'Sandwichplack gëtt mat der sinusoidaler Lastfunktioun gelueden, andeems d'fräi ënnerstëtzt Grenzbedéngungen op de véier Kanten berücksichtegt ginn. Dat linear elastescht mechanescht Verhalen gëtt als Materialmodell ugesinn, deen un all Schichten zougewisen ass. Et gëtt kee spezifesche Kontakt tëscht de Schichten, si sinn matenee verbonnen.
Mir hunn 3D Drécktechnike benotzt fir eise Prototyp ze kreéieren (dh Triple gedréckt auxetic Core Sandwich Panel) an entspriechend personaliséiert experimentell Setup fir ähnlech Béibedéngungen (eenheetlech Belaaschtung p laanscht d'Z-Richtung) a Grenzbedéngungen (dh just ënnerstëtzt) anzesetzen. ugeholl an eiser analytescher Approche (Fig. 1).
D'Sandwich Panel gedréckt op engem 3D Drécker besteet aus zwee Skins (Uewer an ënnen) an engem konkave Gitterkär, d'Dimensioune vun deem sinn an der Tabell 1 gewisen, a gouf op engem Ultimaker 3 3D Drécker (Italien) mat der Oflagerungsmethod (Italien) hiergestallt. FDM). Technologie gëtt a sengem Prozess benotzt. Mir hunn d'Basisplack an d'Haapt auxetic Gitterstruktur zesummen 3D gedréckt, an déi iewescht Schicht getrennt gedréckt. Dëst hëlleft keng Komplikatioune während der Ënnerstëtzung Entfernung Prozess ze vermeiden wann de ganzen Design op eemol gedréckt muss ginn. No 3D Dréckerei ginn zwee getrennten Deeler mat Superglue matenee gekollt. Mir hunn dës Komponenten gedréckt mat Polymilksäure (PLA) mat der héchster Infill Dicht (dh 100%) fir lokaliséierter Drockfehler ze vermeiden.
De personaliséierte Spannsystem mimikéiert déiselwecht einfach Ënnerstëtzungsgrenzbedéngungen, déi an eisem analytesche Modell ugeholl goufen. Dëst bedeit datt de Grëffsystem verhënnert datt d'Brett laanscht seng Kanten an den x- an y-Richtungen beweegt, sou datt dës Kanten fräi ronderëm d'x- an y-Achsen rotéiere kënnen. Dëst gëtt gemaach andeems Dir Filet mat Radius r = h / 2 op de véier Kanten vum Gripsystem berücksichtegt (Fig. 2). Dëse Spannsystem garantéiert och datt d'applizéiert Belaaschtung komplett vun der Testmaschinn op d'Panel transferéiert gëtt a mat der Mëttellinn vun der Panel ausgeriicht ass (Fig. 2). Mir hunn Multi-Jet 3D Drécktechnologie benotzt (ObjetJ735 Connex3, Stratasys® Ltd., USA) a steife kommerziellen Harzen (wéi d'Vero Serie) fir de Gripsystem ze drécken.
Schematesch Diagramm vun engem 3D gedréckte personaliséierte Gripsystem a seng Assemblée mat engem 3D gedréckte Sandwich Panel mat engem auxetesche Kär.
Mir maachen Bewegungskontrolléiert quasi-statesch Kompressiounstester mat enger mechanescher Testbänk (Lloyd LR, Lastzelle = 100 N) a sammelen Maschinnkräften an Verschiebungen mat enger Samplingsrate vun 20 Hz.
Dës Sektioun presentéiert eng numeresch Etude vun der proposéiert Sandwich Struktur. Mir huelen un datt déi iewescht an déi ënnescht Schichten aus Kuelestoff-Epoxyharz sinn, an d'Gitterstruktur vum konkave Kär aus Polymer. D'mechanesch Eegeschafte vun de Materialien, déi an dëser Etude benotzt ginn, sinn an der Tabell 2. Zousätzlech sinn d'Dimensiounslos Verhältnisser vun Verréckelungsresultater a Stressfelder an der Tabell 3 gewisen.
Déi maximal vertikal Dimensiounslos Verlagerung vun enger eenheetlech gelueden fräi ënnerstëtzter Plack gouf mat de Resultater verglach mat verschiddene Methoden (Table 4). Et gëtt gutt Accord tëscht der proposéierter Theorie, der endlecher Elementmethod an experimenteller Verifizéierungen.
Mir verglach d'vertikal Verschiebung vun der modifizéierter Zickzack-Theorie (RZT) mat der 3D-Elastizitéitstheorie (Pagano), der éischter Uerdnungsverformungstheorie (FSDT) a FEM Resultater (kuckt Fig. 3). Déi éischt-Uerdnung Schéier Theorie, baséiert op der Verréckelung Diagrammer vun décke Multilayer Placke, ënnerscheet sech am meeschte vun der elastescher Léisung. Wéi och ëmmer, déi modifizéiert Zickzack-Theorie virausgesot ganz genee Resultater. Zousätzlech, verglach mir och den Out-of-Plane Schéier Stress an am Fliger normal Stress vun verschiddenen Theorien, dorënner de Zickzack Theorie kritt méi genee Resultater wéi FSDT (Figebam. 4).
Verglach vun normaliséierter vertikaler Belaaschtung berechent mat verschiddenen Theorien bei y = b / 2.
Ännerung am Schéierspannung (a) an normalen Stress (b) iwwer d'Dicke vun engem Sandwichpanel, berechent mat verschiddenen Theorien.
Als nächst hu mir den Afloss vun de geometreschen Parameteren vun der Eenheetzelle mat engem konkave Kär op déi allgemeng mechanesch Eegeschafte vun der Sandwichpanel analyséiert. D'Eenheet Zell Wénkel ass de wichtegste geometreschen Parameter am Design vun reentrant Gitter Strukturen34,35,36. Dofir berechent mir den Afloss vun der Eenheet Zell Wénkel, wéi och d'Dicke ausserhalb vum Kär, op der total Oflehnung vun der Plack (Fig. 5). Wéi d'Dicke vun der Zwëschenschicht eropgeet, reduzéiert déi maximal Dimensiounslos Oflehnung. Déi relativ Béikraaft erhéicht fir décke Kärschichten a wann \(\frac{{h}_{c}}{h}=1\) (dh wann et eng konkav Schicht gëtt). Sandwich Paneele mat enger auxetescher Eenheetszell (dh \(\theta =70^\circ\)) hunn déi klengste Verschiebungen (Fig. 5). Dëst weist datt d'Biegekraaft vum auxetesche Kär méi héich ass wéi déi vum konventionellen auxetesche Kär, awer manner effizient ass an e positiven Poisson-Verhältnis huet.
Normaliséiert maximal Oflehnung vun engem konkave Gitterstab mat verschiddenen Eenheetszellwinkelen an ausserhalb vun der Fliger Dicke.
D'Dicke vum Kär vum auxetesche Gitter an den Aspekt Verhältnis (dh \(\ theta = 70 ^ \ circ\)) beaflossen d'maximal Verschiebung vun der Sandwichplack (Figure 6). Et kann gesi ginn datt d'maximal Oflehnung vun der Plack mat enger Erhéijung vun h/l eropgeet. Zousätzlech, d'Erhéijung vun der Dicke vum auxetesche Kär reduzéiert d'Porositéit vun der konkave Struktur, wouduerch d'Biegekraaft vun der Struktur erhéicht gëtt.
Déi maximal Oflehnung vu Sandwichplacke verursaacht duerch Gitterstrukturen mat engem auxetesche Kär vu verschiddenen Dicken a Längt.
D'Studie vu Stressfelder ass en interessant Gebitt dat exploréiert ka ginn andeems d'geometresch Parameter vun der Eenheetzelle geännert gëtt fir d'Feelermodi (zB Delaminatioun) vu Multilayer Strukturen ze studéieren. Poisson d'Verhältnis huet e gréisseren Effekt op d'Feld vun ausserhalb Fliger Schéier Spannungen wéi normal Stress (kuckt Fig. 7). Zousätzlech ass dësen Effekt inhomogen a verschiddene Richtungen wéinst den orthotropeschen Eegeschafte vum Material vun dëse Gitter. Aner geometresch Parameteren, wéi d'Dicke, d'Héicht an d'Längt vun de konkave Strukturen, hu wéineg Effekt op d'Spannungsfeld, sou datt se an dëser Etude net analyséiert goufen.
Ännerung vun Schéier Stress Komponente a verschiddene Schichten vun engem Sandwich Panel mat engem Gitterfiller mat verschiddene Konkavitéitswinkelen.
Hei gëtt d'Biegekraaft vun enger fräi ënnerstëtzter Multilayer Plack mat engem konkave Gitterkär mat der Zickzack-Theorie ënnersicht. Déi proposéiert Formuléierung gëtt mat anere klassesche Theorien verglach, dorënner dräi-zweedimensional Elastizitéitstheorie, Éischt-Uerdnung Schéier Deformatioun Theorie, an FEM. Mir validéieren och eis Method andeems mir eis Resultater mat experimentellen Resultater op 3D gedréckte Sandwichstrukturen vergläichen. Eis Resultater weisen datt d'Zickzack-Theorie fäeg ass d'Verformung vu Sandwichstrukture vu moderéierter Dicke ënner Béielasten virauszesoen. Zousätzlech gouf den Afloss vun de geometreschen Parameter vun der konkave Gitterstruktur op d'Biegeverhalen vu Sandwichplacke analyséiert. D'Resultater weisen datt wann den Niveau vun der Auxetik eropgeet (dh θ <90), d'Biegekraaft eropgeet. Zousätzlech, d'Erhéijung vum Aspekt Verhältnis an d'Verréngerung vun der Dicke vum Kär reduzéiert d'Biegekraaft vum Sandwichpanel. Schlussendlech gëtt den Effet vum Poisson säi Verhältnis op de Schéierstress ausserhalb vum Fliger studéiert, an et gëtt bestätegt datt de Poisson säi Verhältnis de gréissten Afloss op d'Schéierspannung generéiert duerch d'Dicke vun der kaschéierter Plack. Déi proposéiert Formelen a Conclusiounen kënnen de Wee opmaachen fir den Design an d'Optimiséierung vu Multilayer Strukturen mat konkave Gitterfiller ënner méi komplexe Belaaschtungsbedéngungen, déi néideg sinn fir den Design vu Laaschtstrukturen an der Raumfaart- a Biomedizinescher Technologie.
D'Datesätz, déi an der aktueller Etude benotzt an / oder analyséiert ginn, sinn op raisonnabel Ufro vun de jeweilegen Autoren verfügbar.
Aktai L., Johnson AF, Kreplin B. Kh. Numeresch Simulatioun vun den Zerstéierungseigenschaften vun Hunnegkären. Ingenieur. fraktal. Pelz. 75(9), 2616–2630 (2008).
Gibson LJ an Ashby MF Porous Solids: Structure and Properties (Cambridge University Press, 1999).
Post Zäit: Aug-12-2023