Eskerrik asko Nature.com bisitatzeagatik. CSS laguntza mugatua duen arakatzailearen bertsioa erabiltzen ari zara. Esperientzia onena lortzeko, eguneratutako arakatzailea erabiltzea gomendatzen dugu (edo Internet Explorer-en bateragarritasun modua desgaitzea). Bitartean, etengabeko laguntza bermatzeko, gunea estilorik eta JavaScriptrik gabe erakusten ari gara.
Ogitarteko panelen egiturak asko erabiltzen dira industria askotan, propietate mekaniko handiengatik. Egitura horien arteko geruza oso faktore garrantzitsua da karga-baldintza ezberdinetan haien propietate mekanikoak kontrolatzeko eta hobetzeko. Sare-egitura konkaboak hautagai bikainak dira sandwich-egituretan tarteko geruza gisa erabiltzeko, hainbat arrazoirengatik, hots, elastikotasuna (adibidez, Poisson-en ratioa eta zurruntasun elastikoen balioak) eta harikortasuna (adibidez, elastikotasun handia) errazteko. Indar-pisuaren arteko erlazioaren propietateak unitate-gelaxka osatzen duten elementu geometrikoak soilik egokituz lortzen dira. Hemen, 3 geruzako nukleo ahur-panel baten malgutasun-erantzuna ikertzen dugu proba analitikoak (hau da, sigi-saga-teoria), konputazionalak (hau da, elementu finituak) eta esperimentalak erabiliz. Sare-egitura ahurren hainbat parametro geometrikoren eragina ere aztertu dugu (adibidez, angelua, lodiera, zelula-unitatearen luzera eta altuera erlazioa) sandwich-egituraren portaera mekaniko orokorrean. Portaera auxetikoa duten nukleo-egiturek (hau da, Poisson-en ratio negatiboa) malgutasun-erresistentzia handiagoa eta planotik kanpoko ebakidura-tentsio minimoa erakusten dute ohiko sareekin alderatuta. Gure aurkikuntzek geruza anitzeko egitura aurreratuen garapenerako bidea ireki dezakete nukleo arkitektonikoak dituzten sareak dituzten aplikazio aeroespazialerako eta biomedikoetarako.
Erresistentzia handia eta pisu baxua direla eta, sandwich-egiturak asko erabiltzen dira industria askotan, besteak beste, ekipamendu mekanikoen eta kirolen diseinuan, itsas, aeroespaziala eta ingeniaritza biomedikoan. Sare-egitura ahurren hautagai potentzial bat dira egitura konposatuetan oinarrizko geruzatzat hartzen direnak, energia xurgatzeko ahalmen handia dutelako eta indar-pisu-erlazio handiko propietateengatik1,2,3. Iraganean, ahalegin handiak egin dira ogitarteko egitura arinak diseinatzeko sare ahurdunekin, propietate mekanikoak gehiago hobetzeko. Diseinu horien adibideen artean presio altuko kargak daude itsasontzien kaskoetan eta auto-motelgailuetan4,5. Sarearen egitura ahurra oso ezaguna, bakarra eta egokia den sandwich panelen eraikuntzarako bere propietate elastomekanikoak modu independentean doitzeko duen gaitasuna da (adibidez, zurruntasun elastikoa eta Poissonen alderaketa). Propietate interesgarri horietako bat portaera auxetikoa (edo Poisson-en ratio negatiboa) da, luzera luzatzen denean sare-egitura baten albo-hedapenari erreferentzia egiten diona. Ezohiko portaera hau oinarrizko zelulen diseinu mikroegituralarekin lotuta dago7,8,9.
Lakes-ek apar auxetikoen ekoizpenari buruzko hasierako ikerketatik, ahalegin handiak egin dira Poisson-en ratio negatiboa duten egitura porotsuak garatzeko10,11. Helburu hori lortzeko hainbat geometria proposatu dira, hala nola zelula unitate kiralak, erdi-zurrunak eta birakari zurrunak,12 guztiek portaera auxetikoa erakusten dute. Fabrikazio gehigarrien (AM, 3D inprimaketa izenez ere ezagutzen dena) teknologien agerpenak 2D edo 3D egitura auxetiko horien ezarpena ere erraztu du13.
Portaera auxetikak propietate mekaniko bereziak eskaintzen ditu. Esaterako, Lakes eta Elms14ek frogatu dute apar auxetikoek etekin-erresistentzia handiagoa dutela, inpaktuaren energia xurgatzeko ahalmen handiagoa eta zurruntasun txikiagoa dutela ohiko aparek baino. Apar auxetikoen propietate mekaniko dinamikoei dagokienez, haustura-karga dinamikoetan erresistentzia handiagoa eta tentsio hutsean luzapen handiagoa erakusten dute15. Horrez gain, konpositeetan zuntz auxetikoak indartzeko material gisa erabiltzeak haien propietate mekanikoak16 eta zuntz-eremuak eragindako kalteekiko erresistentzia hobetuko ditu17.
Ikerketek ere frogatu dute egitura konkabo auxetiko egitura konposite kurbatuen muin gisa erabiltzeak haien planotik kanpoko errendimendua hobetu dezakeela, flexio-zurruntasuna eta indarra barne18. Geruzatutako eredua erabiliz, nukleo auxetiko batek panel konposatuen haustura-erresistentzia handitu dezakeela ere ikusi da19. Zuntz auxetikoak dituzten konpositeek ere pitzaduraren hedapena ekiditen dute ohiko zuntzekin alderatuta20.
Zhang et al.21-ek itzultzen diren zelula-egituren talka dinamikoaren portaera modelatu zuten. Tentsioa eta energia xurgapena hobetu daitezkeela aurkitu dute unitate auxetikoko gelaxkaren angelua handituz, Poisson-en ratio negatiboagoa duen sare bat sortuz. Era berean, sandwich-panel auxetiko horiek tentsio-tasa handiko inpaktu-kargaren aurkako babes-egitura gisa erabil daitezkeela iradoki dute. Imbalzano et al.22k ere jakinarazi zuten xafla konposatu auxetikoek energia gehiago xahu dezaketela (hau da, bi aldiz gehiago) deformazio plastikoaren bidez eta atzeko aldean abiadura maximoa % 70 murriztu dezaketela xafla bakarreko xaflekin alderatuta.
Azken urteotan, arreta handia jarri zaie betegarri auxetikodun ogitarteko egituren zenbakizko eta esperimentazio-azterketei. Azterketa hauek sandwich-egitura horien propietate mekanikoak hobetzeko bideak nabarmentzen dituzte. Esaterako, geruza auxetiko nahiko lodi bat sandwich-panel baten nukleotzat hartzeak geruza zurrunena baino Young-en modulu eraginkor handiagoa ekar dezake23. Horrez gain, 24 laminatuzko habeen edo 25 nukleo auxetikoen hodien tolestura-portaera hobetu daiteke optimizazio algoritmoarekin. Badira karga konplexuagoetan nukleo hedagarrien ogitarteko egituren proba mekanikoei buruzko beste ikerketa batzuk. Adibidez, agregakin auxetikodun hormigoi-konpositeen konpresio-saiakuntzak, karga lehergarrien azpian dauden sandwich-panelak27, tolestura-probak28 eta abiadura baxuko inpaktu-probak29, baita funtzionalki bereizitako agregatu auxetikodun sandwich panelen tolestura ez-lineala aztertzea30.
Diseinu horien ordenagailu-simulazioak eta ebaluazio esperimentalak denbora asko eta garestia direnez, karga-baldintza arbitrarioetan geruza anitzeko egitura auxetikoak diseinatzeko behar den informazioa eraginkortasunez eta zehaztasunez eman dezaketen metodo teorikoak garatu beharra dago. arrazoizko denbora. Hala ere, metodo analitiko modernoek hainbat muga dituzte. Bereziki, teoria hauek ez dira nahiko zehatzak material konposatu lodi samarrek duten portaera aurreikusteko eta propietate elastiko asko desberdinak dituzten hainbat materialez osatutako konpositeak aztertzeko.
Eredu analitiko hauek aplikatutako kargaren eta muga-baldintzen araberakoak direnez, hemen nukleo auxetikoen sandwich-panelen malgutasun portaeran zentratuko gara. Analisietarako erabiltzen den geruza bakarreko teoria baliokideak ezin ditu behar bezala aurreikusten ebakidura eta tentsio axialak lodiera moderatuko sandwich-konpositeetan laminatu oso deshomogeneoetan. Gainera, teoria batzuetan (adibidez, geruzen teorian), aldagai zinematikoen kopurua (adibidez, desplazamendua, abiadura, etab.) geruza kopuruaren araberakoa da. Horrek esan nahi du geruza bakoitzaren higidura-eremua modu independentean deskribatu daitekeela, jarraitasun fisikoko muga batzuk betez. Hori dela eta, honek ereduan aldagai kopuru handia kontuan hartzea dakar, eta horrek ikuspegi hau konputazionalki garestia da. Muga horiek gainditzeko, sigi-saga-teorian oinarritutako hurbilketa bat proposatzen dugu, maila anitzeko teoriaren azpiklase espezifiko batean. Teoriak ebakidura-tentsioaren jarraipena ematen du laminatuaren lodieran zehar, plano barruko desplazamenduen sigi-saga-eredua suposatuz. Horrela, sigi-saga teoriak aldagai zinematiko kopuru bera ematen du laminatuko geruza kopurua edozein dela ere.
Makurtze-kargen azpian nukleo konkaboak dituzten sandwich panelen portaera iragartzeko gure metodoak duen ahalmena erakusteko, gure emaitzak teoria klasikoekin alderatu ditugu (hau da, eredu konputazionalekin (hau da, elementu finituekin) eta datu esperimentalekin (hau da, hiru puntuko tolesturarekin). 3D inprimatutako sandwich-panelak).Horretarako, lehenik sigi-saga-teorian oinarritutako desplazamendu-erlazioa deribatu dugu, eta ondoren Hamilton printzipioa erabiliz ekuazio eratzaileak lortu eta Galerkin metodoa erabiliz ebatzi ditugu. Lortutako emaitzak dagozkion diseinurako tresna indartsua dira. betegarri auxetikoekin ogitarteko panelen parametro geometrikoak, propietate mekaniko hobetuak dituzten egituren bilaketa erraztuz.
Demagun hiru geruzako sandwich panel bat (1. irudia). Diseinu geometrikoaren parametroak: goiko geruza \({h}_{t}\), erdiko geruza \({h}_{c}\) eta beheko geruza \({h}_{ b }\) lodiera. Egitura-nukleoa hobi-sare-egituraz osatuta dagoela planteatzen dugu. Egitura bata bestearen ondoan era ordenatu batean antolatutako oinarrizko zelulez osatuta dago. Egitura ahur baten parametro geometrikoak aldatuz gero, bere propietate mekanikoak alda daitezke (hau da, Poisson-en erlazioaren eta zurruntasun elastikoen balioak). Oinarrizko zelularen parametro geometrikoak irudietan agertzen dira. 1 angelua (θ), luzera (h), altuera (L) eta zutabearen lodiera (t) barne.
Sigi-saga teoriak lodiera moderatuko geruzadun egitura konposatuen tentsioaren eta tentsioaren portaeraren iragarpen oso zehatzak eskaintzen ditu. Sigi-saga-teorian egitura-desplazamenduak bi zati ditu. Lehenengo zatiak sandwich-panelaren portaera bere osotasunean erakusten du, bigarren zatian, berriz, geruzen arteko portaera aztertzen da ebakidura-tentsioaren jarraipena (edo sigi-saga deritzona) bermatzeko. Gainera, sigi-saga-elementua laminatuaren kanpoko gainazalean desagertzen da, eta ez geruza honen barruan. Horrela, sigi-saga funtzioak geruza bakoitzak zeharkako deformazio osoa laguntzen duela ziurtatzen du. Desberdintasun garrantzitsu honek sigi-saga funtzioaren banaketa fisiko errealistagoa eskaintzen du beste sigi-saga-funtzio batzuekin alderatuta. Egun aldatutako sigi-saga-ereduak ez du ebakidura-tentsio zeharkako jarraitutasunik ematen tarteko geruzan zehar. Beraz, sigi-saga-teorian oinarritutako desplazamendu-eremua honela idatz daiteke31.
ekuazioan. (1), k=b, c eta t beheko, erdiko eta goiko geruzak adierazten dituzte, hurrenez hurren. Ardatz kartesiarren (x, y, z) batez besteko planoaren desplazamendu-eremua (u, v, w) da, eta (x, y) ardatzaren inguruko planoan tolestura-errotazioa \({\uptheta} _) da. {x}\) eta \ ({\uptheta}_{y}\). \({\psi}_{x}\) eta \({\psi}_{y}\) sigi-saga-errotazioaren kantitate espazialak dira, eta \({\phi}_{x}^{k}\ ezkerrean ( z \right)\) eta \({\phi}_{y}^{k}\left(z\right)\) sigi-saga-funtzioak dira.
Sigi-saga-aren anplitudea plakak aplikatutako kargaren aurrean duen benetako erantzunaren funtzio bektoriala da. Sigi-saga-funtzioaren eskalatze egokia eskaintzen dute, eta horrela sigi-saga-k planoko desplazamenduari egiten dion ekarpen orokorra kontrolatzen dute. Ebakidura-tentsioa plakaren lodieran bi osagai ditu. Lehenengo zatia ebakidura-angelua da, laminatuaren lodieran zehar uniformea, eta bigarren zatia zatikako funtzio konstantea da, geruza bakoitzaren lodieran uniformea. Zatikako funtzio konstante horien arabera, geruza bakoitzaren sigi-saga funtzioa honela idatz daiteke:
ekuazioan. (2), \({c}_{11}^{k}\) eta \({c}_{22}^{k}\) geruza bakoitzaren elastikotasun-konstanteak dira, eta h-ren lodiera osoa. diskoa. Horrez gain, \({G}_{x}\) eta \({G}_{y}\) ebakidura-zurruntasun-koefiziente haztatuak dira, 31 gisa adierazita:
Zig-saga-anplitudearen bi funtzioek ((3) ekuazioa) eta lehen ordenako ebakidura-deformazioaren teoriaren gainontzeko bost aldagai zinematikoek ((2) ekuazioa) sigi-saga-plaken teoriaren aldagai aldatu honekin lotutako zazpi zinematika multzoa osatzen dute. Deformazioaren menpekotasun lineala suposatuz eta sigi-saga-teoria kontuan hartuta, deformazio-eremua koordenatu sistema cartesiarrean honela lor daiteke:
non \({\varepsilon}_{yy}\) eta \({\varepsilon}_{xx}\) deformazio normalak diren, eta \({\gamma}_{yz},{\gamma}_{xz} \ ) eta \({\gamma}_{xy}\) ebakidura-deformazioak dira.
Hooke-ren legea erabiliz eta sigi-saga-teoria kontuan hartuta, sare-egitura ahurra duen plaka ortotropo baten tentsioaren eta tentsioaren arteko erlazioa lor daiteke (1) ekuaziotik. (5)32 non \({c}_{ij}\) tentsio-deformazio matrizearen konstante elastikoa den.
non \({G}_{ij}^{k}\), \({E}_{ij}^{k}\) eta \({v}_{ij}^{k}\) mozten diren indarra norabide ezberdinetako modulua da, Young-en modulua eta Poisson-en ratioa. Koefiziente hauek berdinak dira geruza isotopikoaren norabide guztietan. Gainera, sarearen itzulera-nukleoetarako, 1. irudian ikusten den bezala, propietate hauek 33 gisa berridatzi daitezke.
Hamiltonen printzipioa sare-nukleo ahurra duen geruza anitzeko plaka baten higidura-ekuazioetan aplikatzeak diseinurako oinarrizko ekuazioak eskaintzen ditu. Hamiltonen printzipioa honela idatz daiteke:
Horien artean, δ-k operadore aldatzailea adierazten du, U-k deformazio-energia potentziala eta W-k kanpoko indarrak egindako lana. Deformazio-energia potentzial osoa ekuazioaren bidez lortzen da. (9), non A plano medianaren eskualdea den.
Kargaren (p) aplikazio uniformea z norabidean, kanpoko indarraren lana formula honetatik lor daiteke:
Ekuazioa ordezkatu (4) eta (5) ekuazioak (9) eta ordezkatu ekuazioa. (9) eta (10) (8) eta plakaren lodieraren gainean integratuz, (8) ekuazioa honela berridatz daiteke:
\(\phi\) indizeak sigi-saga funtzioa adierazten du, \({N}_{ij}\) eta \({Q}_{iz}\) planoan sartu eta kanporako indarrak dira, \({M} _{ij }\) makurdura-momentua adierazten du, eta kalkulu-formula hau da:
Ekuazioari atalen bidezko integrazioa aplikatzea. (12) formulan ordezkatuz eta aldakuntza-koefizientea kalkulatuz, sandwich-panelaren definizio ekuazioa lor daiteke (12) formula moduan. (13).
Aske eusten diren hiru geruzako plaken kontrol diferentzialaren ekuazioak Galerkin metodoaren bidez ebazten dira. Baldintza ia-estatikoen suposizioan, funtzio ezezaguna ekuazio gisa hartzen da: (14).
\({u}_{m,n}\), \({v}_{m,n}\), \({w}_{m,n}\),\({{\uptheta}_ {\mathrm {x}}}_{\mathrm {m} \text{,n}}\),\({{\uptheta }_{\mathrm {y}}}_{\mathrm {m} \text {,n}}\), \({{\uppsi}_{\mathrm{x}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) eta \({{\uppsi}_{ \mathrm{y}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) errorea gutxituz lor daitezkeen konstante ezezagunak dira. \(\overline{\overline{u}} \left({x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{v}} \left({x{\text {,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{w}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline {{{\uptheta}_{x}}}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{{{\uptheta}_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{{\psi_{x}}}} \left( {x{\text{, y}}} \right)\) eta \(\overline{\overline{{ \psi_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\) proba-funtzioak dira, beharrezko gutxieneko muga-baldintzak bete behar dituena. Onartutako muga-baldintzetarako, proba-funtzioa honela kalkula daiteke:
Ekuazioak ordezkatzeak ekuazio aljebraikoak ematen ditu. (14) ekuazio gobernatzaileetara, eta horrek (14) ekuazioan koefiziente ezezagunak lortzera eraman ditzake. (14).
Elementu finituen modelizazioa (FEM) erabiltzen dugu nukleo gisa sare-egitura ahurra duen ogitarteko aske eusten den panel baten tolestura ordenagailuz simulatzeko. Azterketa elementu finituko kode komertzial batean egin da (adibidez, Abaqus 6.12.1 bertsioa). Integrazio sinplifikatua duten 3D elementu solido hexaedrikoak (C3D8R) erabili dira goiko eta beheko geruzak modelatzeko, eta elementu tetraedriko linealak (C3D4) tarteko (ahurra) sarearen egitura modelatzeko. Sarearen sentsibilitatearen analisia egin genuen sarearen konbergentzia probatzeko eta desplazamendu-emaitzak hiru geruzen artean ezaugarri txikieneko tamainan bat egiten zutela ondorioztatu genuen. Ogitarteko plaka karga sinusoidal funtzioa erabiliz kargatzen da, lau ertzetan aske onartzen diren muga-baldintzak kontuan hartuta. Portaera mekaniko elastiko lineala geruza guztiei esleitutako material eredutzat hartzen da. Geruzen artean ez dago kontaktu zehatzik, elkarri lotuta daude.
3D inprimatzeko teknikak erabili ditugu gure prototipoa sortzeko (hau da, hirukoitza inprimatutako nukleo auxetiko sandwich panela) eta dagokion konfigurazio esperimental pertsonalizatua antzeko toleste-baldintzak (p karga uniformea z-noranzkoan zehar) eta muga-baldintzak (hau da, onartzen dira). gure ikuspegi analitikoan bere gain hartu (1. irudia).
3D inprimagailu batean inprimatutako sandwich-panela bi azalek (goiko eta beheko) eta sare-nukleo ahur batez osatuta dago, zeinen neurriak 1. taulan ageri diren, eta Ultimaker 3 3D inprimagailu batean (Italia) egin zen deposizio metodoa erabiliz ( FDM). teknologia erabiltzen da bere prozesuan. Oinarrizko plaka eta sare-egitura auxetiko nagusia 3D inprimatu genituen elkarrekin, eta goiko geruza bereizita inprimatu genuen. Horrek euskarria kentzeko prozesuan zehar konplikazioak saihesten laguntzen du diseinu osoa aldi berean inprimatu behar bada. 3D inprimatu ondoren, bi zati bereizi itsatsi egiten dira superkola erabiliz. Osagai hauek azido polilaktikoa (PLA) erabiliz inprimatu ditugu betegarri-dentsitate handienean (hau da, % 100ean) inprimaketa-akats lokalizatuak saihesteko.
Lotzeko sistema pertsonalizatuak gure eredu analitikoan hartutako euskarri-muga-baldintza sinpleak imitatzen ditu. Horrek esan nahi du harrapatzeko sistemak ohola x eta y noranzkoetan bere ertzetatik mugitzea eragozten duela, ertz hauek x eta y ardatzen inguruan libreki biratu ahal izateko. Harrapatzeko sistemaren lau ertzetan r = h/2 erradioa duten xerrak kontuan hartuta egiten da (2. irudia). Lotze-sistema honek, gainera, aplikatutako karga proba-makinatik panelera guztiz transferitzen dela eta panelaren erdiko lerroarekin lerrokatuta dagoela ziurtatzen du (2. irudia). Zurrusta anitzeko 3D inprimatzeko teknologia (ObjetJ735 Connex3, Stratasys® Ltd., AEB) eta erretxina komertzial zurrunak (adibidez, Vero seriea) erabili ditugu grip-sistema inprimatzeko.
3D inprimatutako harrapatzeko sistema pertsonalizatu baten diagrama eskematikoa eta bere muntaia nukleo auxetikodun 3D inprimatutako sandwich-panel batekin.
Mugimenduak kontrolatutako konpresio ia-estatiko probak egiten ditugu saiakuntza-banku mekaniko baten bidez (Lloyd LR, karga-zelula = 100 N) eta makinen indarrak eta desplazamenduak biltzen ditugu 20 Hz-ko laginketa-abiaduran.
Atal honetan proposatutako sandwich-egituraren zenbakizko azterketa aurkezten da. Suposatzen dugu goiko eta beheko geruzak karbono epoxi erretxinaz eginda daudela eta nukleo ahurren sare-egitura polimeroz eginda dagoela. Ikerketa honetan erabilitako materialen propietate mekanikoak 2. taulan ageri dira. Gainera, desplazamendu-emaitzen eta tentsio-eremuen dimentsiorik gabeko ratioak 3. taulan agertzen dira.
Aske eusten den plaka uniforme baten dimentsiorik gabeko desplazamendu bertikal maximoa metodo ezberdinen bidez lortutako emaitzekin alderatu da (4. taula). Adostasun ona dago proposatutako teoriaren, elementu finituen metodoaren eta egiaztapen esperimentalen artean.
Eraldatutako sigi-saga teoriaren (RZT) desplazamendu bertikala 3D elastikotasunaren teoriarekin (Pagano), lehen ordenako zizaila-deformazioaren teoriarekin (FSDT) eta FEM emaitzekin alderatu dugu (ikus 3. irudia). Lehen mailako ebakidura-teoria, geruza anitzeko plaken desplazamendu-diagrametan oinarrituta, disoluzio elastikotik bereizten da gehien. Hala ere, sigi-saga-teoriak oso emaitza zehatzak aurreikusten ditu. Horrez gain, planotik kanpoko ebakidura-esfortzua eta planoko tentsio normala ere alderatu ditugu hainbat teorien, eta horien artean sigi-saga-teoriak FSDT baino emaitza zehatzagoak lortu zituen (4. irudia).
y = b/2-n teoria desberdinak erabiliz kalkulatutako deformazio bertikal normalizatuaren konparaketa.
Ebakidura-esfortzuaren (a) eta tentsio normalaren (b) aldaketa sandwich-panel baten lodieran, hainbat teoria erabiliz kalkulatua.
Ondoren, nukleo ahurra duen unitate-gelaxkaren parametro geometrikoek sandwich-panelaren propietate mekaniko orokorretan duten eragina aztertu dugu. Zelula-angelu unitarioa sarre-egituren diseinuan parametro geometriko garrantzitsuena da34,35,36. Hori dela eta, zelula-angelu unitarioaren eragina kalkulatu dugu, baita nukleotik kanpoko lodiera ere, plakaren guztizko desbideratzean (5. irudia). Tarteko geruzaren lodiera handitzen den heinean, dimentsiorik gabeko desbideratze maximoa gutxitzen da. Tolestura-indar erlatiboa areagotzen da nukleo geruza lodiagoetan eta \(\frac{{h}_{c}}{h}=1\) denean (hau da, geruza ahur bat dagoenean). Unitate-zelula auxetiko bat duten sandwich panelek (hau da, \(\theta =70^\circ\)) dute desplazamendu txikienak (5. irudia). Horrek erakusten du nukleo auxetikoaren tolestura-indizea ohiko nukleo auxetikoarena baino handiagoa dela, baina eraginkortasun txikiagoa dela eta Poisson-en ratio positiboa duela.
Sare-hastaka ahur baten desbideratze maximo normalizatua gelaxka-angelu desberdinekin eta planotik kanpoko lodierarekin.
Sare auxetikoaren nukleoaren lodierak eta itxura-erlazioak (hau da, \(\theta=70^\circ\)) ogitarteko plakaren desplazamendu maximoan eragiten dute (6. Irudia). Ikusten da plakaren desbideratze maximoa handitzen dela h/l handitzean. Horrez gain, nukleo auxetikoaren lodiera handitzeak egitura ahurren porositatea murrizten du, eta horrela egituraren tolestura-indarra areagotzen da.
Lodiera eta luzera ezberdineko nukleo auxetiko bat duten sare-egiturak eragindako sandwich-panelen desbideratze maximoa.
Esfortzu-eremuen azterketa eremu interesgarri bat da, zelula unitarioaren parametro geometrikoak aldatuz azter daitekeena, geruza anitzeko egituren hutsegite moduak (adibidez, delaminazioa). Poisson-en ratioak tentsio arruntak baino eragin handiagoa du planoz kanpoko ebakidura-esfortzuen eremuan (ikus 7. irudia). Horrez gain, efektu hori norabide ezberdinetan homogeneoa da sare horien materialaren propietate ortotropikoengatik. Beste parametro geometriko batzuek, hala nola, egitura ahurren lodiera, altuera eta luzera, eragin gutxi izan zuten tentsio-eremuan, beraz, ez ziren aztertu ikerketa honetan.
Ebakidura-tentsioaren osagaiak aldatzea ogitarteko panel baten geruza ezberdinetan ahurtasun-angelu ezberdineko sare-betegarri batekin.
Hemen, sare-nukleo ahurra duen geruza anitzeko plaka baten tolestura-indarra ikertzen da sigi-saga-teoria erabiliz. Proposatutako formulazioa beste teoria klasiko batzuekin alderatzen da, hiru dimentsioko elastikotasunaren teoriarekin, lehen mailako ebakidura-deformazioaren teoriarekin eta FEM barne. Gure metodoa ere balioztatzen dugu gure emaitzak 3D inprimatutako ogitarteko egituretako emaitza esperimentalekin alderatuz. Gure emaitzek erakusten dute sigi-saga-teoriak lodiera moderatuko sandwich-egituren deformazioa aurreikusteko gai dela tolestura-kargapean. Horrez gain, sare-egitura ahurren parametro geometrikoek sandwich-panelen tolestura-portaeran duten eragina aztertu da. Emaitzek erakusten dute auxetikaren maila handitzen den heinean (hau da, θ <90), tolestearen indarra handitzen dela. Horrez gain, itxura-erlazioa handitzeak eta nukleoaren lodiera txikitzeak sandwich-panelaren tolestura-indarra murriztuko du. Azkenik, Poisson-en ratioak planoz kanpoko ebakidura-tentsioan duen eragina aztertzen da, eta Poisson-en ratioak duela eragin handiena plaka laminatuaren lodierak sortzen duen ebakidura-tentsioan. Proposatutako formulek eta ondorioek geruza anitzeko egiturak diseinatzeko eta optimizatzeko bidea ireki dezakete sare ahurko betegarriekin karga-baldintza konplexuagoetan, teknologia aeroespazialean eta biomedikoan karga-egituren diseinurako beharrezkoak diren karga-baldintza konplexuagoetan.
Oraingo ikerketan erabilitako eta/edo aztertutako datu-multzoak dagozkien egileengandik eskuragarri daude, arrazoizko eskaera eginda.
Aktai L., Johnson AF eta Kreplin B. Kh. Abaraska-nukleoen suntsipen-ezaugarrien zenbakizko simulazioa. ingeniaria. fraktala. fur. 75(9), 2616–2630 (2008).
Gibson LJ eta Ashby MF Porous Solids: Structure and Properties (Cambridge University Press, 1999).
Argitalpenaren ordua: 2023-08-12