Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Koristite verziju pretraživača sa ograničenom podrškom za CSS. Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani pretraživač (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali stalnu podršku, prikazujemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Strukture sendvič panela se široko koriste u mnogim industrijama zbog svojih visokih mehaničkih svojstava. Međusloj ovih struktura je veoma važan faktor u kontroli i poboljšanju njihovih mehaničkih svojstava pod različitim uslovima opterećenja. Konkavne rešetkaste strukture su izvanredni kandidati za upotrebu kao međuslojevi u takvim sendvič strukturama iz nekoliko razloga, naime za podešavanje njihove elastičnosti (npr. Poissonov omjer i vrijednosti elastične krutosti) i duktilnosti (npr. visoka elastičnost) radi jednostavnosti. Svojstva omjera čvrstoće i težine postižu se podešavanjem samo geometrijskih elemenata koji čine jediničnu ćeliju. Ovdje istražujemo odgovor na savijanje 3-slojnog sendvič panela s konkavnim jezgrom koristeći analitička (tj. teorija cik-cak), računska (tj. konačni element) i eksperimentalna ispitivanja. Također smo analizirali utjecaj različitih geometrijskih parametara konkavne rešetkaste strukture (npr. kut, debljina, omjer dužine jedinične ćelije i visine) na cjelokupno mehaničko ponašanje sendvič strukture. Otkrili smo da strukture jezgre s auksetskim ponašanjem (tj. negativnim Poissonovim omjerom) pokazuju veću čvrstoću na savijanje i minimalno posmično naprezanje izvan ravnine u usporedbi s konvencionalnim rešetkama. Naša otkrića mogu utrti put za razvoj naprednih projektovanih višeslojnih struktura sa arhitektonskim jezgrom rešetki za vazduhoplovnu i biomedicinsku primjenu.
Zbog svoje velike čvrstoće i male težine, sendvič strukture se široko koriste u mnogim industrijama, uključujući dizajn mehaničke i sportske opreme, pomorstvo, svemirsko i biomedicinsko inženjerstvo. Konkavne rešetkaste strukture su jedan od potencijalnih kandidata koji se smatraju osnovnim slojevima u takvim kompozitnim strukturama zbog njihovog superiornog kapaciteta apsorpcije energije i visokog svojstva omjera čvrstoće i težine1,2,3. U prošlosti su uloženi veliki napori da se dizajniraju lagane sendvič strukture sa konkavnim rešetkama kako bi se dodatno poboljšala mehanička svojstva. Primjeri takvih konstrukcija uključuju opterećenja pod visokim pritiskom u brodskim trupovima i amortizere u automobilima4,5. Razlog zašto je konkavna rešetkasta struktura veoma popularna, jedinstvena i pogodna za konstrukciju sendvič panela je njena sposobnost da samostalno podešava svoja elastomehanička svojstva (npr. elastična krutost i Poissonovo poređenje). Jedno od takvih zanimljivih svojstava je auksetičko ponašanje (ili negativan Poissonov omjer), koje se odnosi na bočno širenje rešetkaste strukture kada se rasteže uzdužno. Ovo neobično ponašanje povezano je s mikrostrukturnim dizajnom njegovih sastavnih elementarnih ćelija7,8,9.
Od Lakesovih početnih istraživanja proizvodnje auxetic pjene, uloženi su značajni napori da se razviju porozne strukture s negativnim Poissonovim omjerom10,11. Predloženo je nekoliko geometrija za postizanje ovog cilja, kao što su kiralne, polukrute i krute rotirajuće jedinične ćelije,12 od kojih sve pokazuju auksetično ponašanje. Pojava tehnologije aditivne proizvodnje (AM, poznate i kao 3D štampanje) takođe je olakšala implementaciju ovih 2D ili 3D auksetičnih struktura13.
Auksetičko ponašanje pruža jedinstvena mehanička svojstva. Na primjer, Lakes and Elms14 su pokazali da auxetic pjene imaju veću granicu tečenja, veći kapacitet apsorpcije energije udara i manju krutost od konvencionalnih pjena. Što se tiče dinamičkih mehaničkih svojstava auxetic pjene, one pokazuju veću otpornost pod dinamičkim prekidnim opterećenjima i veće istezanje pod čistom napetosti15. Osim toga, korištenje auxetičnih vlakana kao materijala za ojačanje u kompozitima poboljšat će njihova mehanička svojstva16 i otpornost na oštećenja uzrokovana rastezanjem vlakana17.
Istraživanja su također pokazala da korištenje konkavnih auksetičnih struktura kao jezgre zakrivljenih kompozitnih struktura može poboljšati njihove performanse izvan ravnine, uključujući krutost i čvrstoću na savijanje18. Koristeći slojeviti model, također je uočeno da auksetično jezgro može povećati lomnu čvrstoću kompozitnih panela19. Kompoziti s auxetic vlaknima također sprječavaju širenje pukotina u poređenju sa konvencionalnim vlaknima20.
Zhang et al.21 modelirali su dinamičko ponašanje u sudaru povratnih ćelijskih struktura. Otkrili su da se napon i apsorpcija energije mogu poboljšati povećanjem ugla auksetičke jedinične ćelije, što rezultira rešetkom sa negativnijim Poissonovim omjerom. Oni su također predložili da se takvi auxetični sendvič paneli mogu koristiti kao zaštitne strukture protiv udarnih opterećenja velike brzine deformacije. Imbalzano et al.22 također su izvijestili da auxetic kompozitni listovi mogu rasipati više energije (tj. dvostruko više) kroz plastičnu deformaciju i mogu smanjiti maksimalnu brzinu na poleđini za 70% u poređenju sa jednoslojnim listovima.
Posljednjih godina se velika pažnja poklanja numeričkim i eksperimentalnim istraživanjima sendvič struktura s auksetskim punilom. Ove studije naglašavaju načine za poboljšanje mehaničkih svojstava ovih sendvič struktura. Na primjer, uzimajući u obzir dovoljno debeo auxetic sloj kao jezgro sendvič panela može rezultirati većim efektivnim Youngovim modulom od najčvršćeg sloja23. Osim toga, ponašanje savijanja lameliranih greda 24 ili auxetic jezgrenih cijevi 25 može se poboljšati algoritmom optimizacije. Postoje i druge studije o mehaničkom ispitivanju sendvič konstrukcija s proširenim jezgrom pod složenijim opterećenjima. Na primjer, ispitivanje kompresije betonskih kompozita s auksetnim agregatima, sendvič panela pod eksplozivnim opterećenjima27, ispitivanja savijanja28 i ispitivanja na udar niskom brzinom29, kao i analiza nelinearnog savijanja sendvič panela s funkcionalno diferenciranim auksetskim agregatima30.
Budući da su kompjuterske simulacije i eksperimentalne procjene takvih dizajna često dugotrajne i skupe, postoji potreba da se razviju teorijske metode koje mogu efikasno i precizno pružiti informacije potrebne za projektovanje višeslojnih auksetskih jezgrenih struktura pod proizvoljnim uvjetima opterećenja. razumno vrijeme. Međutim, moderne analitičke metode imaju niz ograničenja. Konkretno, ove teorije nisu dovoljno precizne za predviđanje ponašanja relativno debelih kompozitnih materijala i za analizu kompozita sastavljenih od nekoliko materijala sa veoma različitim elastičnim svojstvima.
Budući da ovi analitički modeli ovise o primijenjenim opterećenjima i rubnim uvjetima, ovdje ćemo se usredotočiti na savijanje sendvič panela s auxetic jezgrom. Ekvivalentna teorija jednog sloja korištena za takve analize ne može točno predvidjeti posmična i aksijalna naprezanja u visoko nehomogenim laminatima u sendvič kompozitima umjerene debljine. Štaviše, u nekim teorijama (na primjer, u teoriji slojeva), broj kinematičkih varijabli (na primjer, pomak, brzina, itd.) jako ovisi o broju slojeva. To znači da se polje kretanja svakog sloja može opisati nezavisno, uz zadovoljavanje određenih fizičkih ograničenja kontinuiteta. Dakle, ovo dovodi do uzimanja u obzir velikog broja varijabli u modelu, što ovaj pristup čini računski skupim. Da bismo prevazišli ova ograničenja, predlažemo pristup zasnovan na teoriji cik-cak, specifičnoj podklasi teorije na više nivoa. Teorija osigurava kontinuitet posmičnog naprezanja u cijeloj debljini laminata, pretpostavljajući cik-cak uzorak pomaka u ravnini. Dakle, cik-cak teorija daje isti broj kinematičkih varijabli bez obzira na broj slojeva u laminatu.
Kako bismo demonstrirali snagu naše metode u predviđanju ponašanja sendvič panela s konkavnim jezgrom pod opterećenjem savijanjem, uporedili smo naše rezultate s klasičnim teorijama (tj. naš pristup s računskim modelima (tj. konačnim elementima) i eksperimentalnim podacima (tj. savijanje u tri točke). 3D printani sendvič paneli). U tu svrhu prvo smo izveli odnos pomaka na osnovu cik-cak teorije, a zatim dobili konstitutivne jednadžbe koristeći Hamiltonov princip i riješili ih Galerkin metodom. Dobijeni rezultati su moćan alat za projektovanje odgovarajućih geometrijskih parametara sendvič panela sa auksetskim punilima, što olakšava potragu za strukturama sa poboljšanim mehaničkim svojstvima.
Zamislite troslojni sendvič panel (slika 1). Geometrijski parametri dizajna: debljina gornjeg sloja \({h}_{t}\), srednjeg sloja \({h}_{c}\) i donjeg sloja \({h}_{ b }\). Pretpostavljamo da se strukturno jezgro sastoji od rešetkaste strukture s jamicom. Struktura se sastoji od elementarnih ćelija raspoređenih jedna pored druge na uređen način. Promjenom geometrijskih parametara konkavne konstrukcije moguće je promijeniti njena mehanička svojstva (tj. vrijednosti Poissonovog omjera i elastične krutosti). Geometrijski parametri elementarne ćelije prikazani su na sl. 1 uključujući ugao (θ), dužinu (h), visinu (L) i debljinu stuba (t).
Cik-cak teorija daje vrlo precizna predviđanja ponašanja naprezanja i deformacija slojevitih kompozitnih struktura umjerene debljine. Strukturni pomak u cik-cak teoriji sastoji se od dva dijela. Prvi dio prikazuje ponašanje sendvič panela u cjelini, dok drugi dio razmatra ponašanje između slojeva kako bi se osigurao kontinuitet posmičnog naprezanja (ili tzv. cik-cak funkcija). Osim toga, cik-cak element nestaje na vanjskoj površini laminata, a ne unutar ovog sloja. Dakle, cik-cak funkcija osigurava da svaki sloj doprinosi ukupnoj deformaciji poprečnog presjeka. Ova važna razlika pruža realniju fizičku distribuciju cik-cak funkcije u odnosu na druge cik-cak funkcije. Trenutni modificirani cik-cak model ne osigurava kontinuitet poprečnog posmičnog naprezanja duž međusloja. Stoga se polje pomaka na temelju cik-cak teorije može zapisati na sljedeći način31.
u jednačini. (1), k=b, c i t predstavljaju donji, srednji i gornji sloj, respektivno. Polje pomaka srednje ravni duž kartezijanske ose (x, y, z) je (u, v, w), a rotacija savijanja u ravni oko (x, y) ose je \({\uptheta} _ {x}\) i \ ({\uptheta}_{y}\). \({\psi}_{x}\) i \({\psi}_{y}\) su prostorne veličine cik-cak rotacije, a \({\phi}_{x}^{k}\ lijevo ( z \desno)\) i \({\phi}_{y}^{k}\left(z\right)\) su cik-cak funkcije.
Amplituda cik-cak je vektorska funkcija stvarnog odgovora ploče na primijenjeno opterećenje. Oni obezbjeđuju odgovarajuće skaliranje cik-cak funkcije, čime se kontrolira ukupni doprinos cik-cak pomaku u ravnini. Smična deformacija po debljini ploče sastoji se od dvije komponente. Prvi dio je ugao smicanja, ujednačen po debljini laminata, a drugi dio je komadno konstantna funkcija, ujednačena po debljini svakog pojedinačnog sloja. Prema ovim konstantnim funkcijama po komadima, cik-cak funkcija svakog sloja može se napisati kao:
u jednačini. (2), \({c}_{11}^{k}\) i \({c}_{22}^{k}\) su konstante elastičnosti svakog sloja, a h je ukupna debljina disk. Osim toga, \({G}_{x}\) i \({G}_{y}\) su ponderirani prosječni koeficijenti smične krutosti, izraženi kao 31:
Dvije cik-cak amplitudske funkcije (jednadžba (3)) i preostalih pet kinematičkih varijabli (jednadžba (2)) iz teorije posmične deformacije prvog reda čine skup od sedam kinematika povezanih s ovom modificiranom varijablom teorije cik-cak ploča. Uz pretpostavku linearne zavisnosti deformacije i uzimajući u obzir cik-cak teoriju, polje deformacije u Dekartovom koordinatnom sistemu može se dobiti kao:
gdje su \({\varepsilon}_{yy}\) i \({\varepsilon}_{xx}\) normalne deformacije, i \({\gamma}_{yz},{\gamma}_{xz} \ ) i \({\gamma}_{xy}\) su posmične deformacije.
Koristeći Hookeov zakon i uzimajući u obzir cik-cak teoriju, odnos između naprezanja i deformacije ortotropne ploče s konkavnom rešetkastom strukturom može se dobiti iz jednačine (1). (5)32 gdje je \({c}_{ij}\) elastična konstanta matrice napon-deformacija.
gdje su \({G}_{ij}^{k}\), \({E}_{ij}^{k}\) i \({v}_{ij}^{k}\) isječeni sila je modul u različitim smjerovima, Youngov modul i Poissonov omjer. Ovi koeficijenti su jednaki u svim smjerovima za izotopski sloj. Osim toga, za povratna jezgra rešetke, kao što je prikazano na slici 1, ova svojstva se mogu prepisati kao 33.
Primjena Hamiltonovog principa na jednadžbe gibanja višeslojne ploče s konkavnim rešetkastim jezgrom daje osnovne jednadžbe za dizajn. Hamiltonov princip se može zapisati kao:
Među njima, δ predstavlja varijacioni operator, U predstavlja potencijalnu energiju deformacije, a W predstavlja rad koji obavlja vanjska sila. Ukupna energija potencijalne deformacije dobiva se pomoću jednačine. (9), gdje je A područje središnje ravni.
Uz pretpostavku ravnomjerne primjene opterećenja (p) u smjeru z, rad vanjske sile može se dobiti iz sljedeće formule:
Zamjena jednadžbe Jednačine (4) i (5) (9) i zamjena jednačine. (9) i (10) (8) i integrirajući preko debljine ploče, jednadžba: (8) se može prepisati kao:
Indeks \(\phi\) predstavlja cik-cak funkciju, \({N}_{ij}\) i \({Q}_{iz}\) su sile u i van ravni, \({M} _{ij }\) predstavlja moment savijanja, a formula za proračun je sljedeća:
Primjena integracije po dijelovima na jednadžbu. Zamjenom u formulu (12) i izračunavanjem koeficijenta varijacije, definirajuća jednadžba sendvič panela može se dobiti u obliku formule (12). (13).
Diferencijalne kontrolne jednadžbe za troslojne ploče sa slobodnim nosačem riješene su Galerkin metodom. Pod pretpostavkom kvazistatičkih uslova, nepoznata funkcija se smatra jednačinom: (14).
\({u}_{m,n}\), \({v}_{m,n}\), \({w}_{m,n}\),\({{\uptheta}_ {\mathrm {x}}}_{\mathrm {m} \text{,n}}\),\({{\uptheta }_{\mathrm {y}}}_{\mathrm {m} \text {,n}}\), \({{\uppsi}_{\mathrm{x}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) i \({{\uppsi}_{ \mathrm{y}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) su nepoznate konstante koje se mogu dobiti minimiziranjem greške. \(\overline{\overline{u}} \left({x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{v}} \left({x{\text {,y}}} \desno)\), \(\overline{\overline{w}} \left( {x{\text{,y}}} \desno)\), \(\overline{\overline {{{\uptheta}_{x}}}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{{{\uptheta}_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \desno)\), \(\overline{\overline{{\psi_{x}}}} \left( {x{\text{, y}}} \desno)\) i \(\overline{\overline{{ \psi_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \desno)\) su test funkcije, koji mora zadovoljiti minimalne neophodne granične uslove. Za samo podržane granične uslove, test funkcija se može ponovo izračunati kao:
Zamjena jednačina daje algebarske jednačine. (14) na glavne jednačine, što može dovesti do dobijanja nepoznatih koeficijenata u jednačini (14). (14).
Koristimo modeliranje konačnih elemenata (FEM) da kompjuterski simuliramo savijanje slobodno oslonjenog sendvič panela sa konkavnom rešetkastom strukturom kao jezgrom. Analiza je izvedena u komercijalnom kodu konačnih elemenata (na primjer, Abaqus verzija 6.12.1). Za modeliranje gornjeg i donjeg sloja korišteni su 3D heksaedarski čvrsti elementi (C3D8R) s pojednostavljenom integracijom, a za modeliranje srednje (konkavne) strukture rešetke korišteni su linearni tetraedarski elementi (C3D4). Izvršili smo analizu osjetljivosti mreže kako bismo testirali konvergenciju mreže i zaključili da su rezultati pomaka konvergirali na najmanjoj veličini značajke među tri sloja. Sendvič ploča se opterećuje pomoću funkcije sinusoidnog opterećenja, uzimajući u obzir slobodno poduprte granične uvjete na četiri ruba. Linearno elastično mehaničko ponašanje smatra se modelom materijala koji je dodijeljen svim slojevima. Ne postoji specifičan kontakt između slojeva, oni su međusobno povezani.
Koristili smo tehnike 3D štampanja da kreiramo naš prototip (tj. trostruko štampani sendvič panel sa auksetnom jezgrom) i odgovarajuću prilagođenu eksperimentalnu postavku da primenimo slične uslove savijanja (jednako opterećenje p duž z-smera) i granične uslove (tj. samo podržano). pretpostavljeno u našem analitičkom pristupu (slika 1).
Sendvič panel štampan na 3D štampaču sastoji se od dve kore (gornje i donje) i konkavnog rešetkastog jezgra čije su dimenzije prikazane u tabeli 1, a proizveden je na Ultimaker 3 3D štampaču (Italija) metodom taloženja ( FDM). tehnologija se koristi u njegovom procesu. 3D štampali smo osnovnu ploču i glavnu auksetičku rešetkastu strukturu zajedno, i odštampali gornji sloj odvojeno. Ovo pomaže da se izbjegnu bilo kakve komplikacije tokom procesa uklanjanja potpore ako se cijeli dizajn mora odštampati odjednom. Nakon 3D štampe, dva odvojena dijela se lijepe zajedno pomoću superljepka. Ove komponente smo odštampali koristeći polimliječnu kiselinu (PLA) pri najvećoj gustoći ispune (tj. 100%) kako bismo spriječili bilo kakve lokalizirane defekte tiska.
Prilagođeni sistem stezanja oponaša iste jednostavne granične uslove potpore usvojene u našem analitičkom modelu. To znači da sistem hvatanja sprečava da se daska pomera duž svojih ivica u x i y smerovima, dozvoljavajući ovim ivicama da se slobodno rotiraju oko x i y ose. Ovo se radi razmatranjem ugaonica poluprečnika r = h/2 na četiri ivice sistema zahvata (slika 2). Ovaj sistem stezanja takođe obezbeđuje da se primenjeno opterećenje u potpunosti prenese sa mašine za ispitivanje na ploču i poravna sa središnjom linijom panela (sl. 2). Koristili smo tehnologiju multi-jet 3D štampe (ObjetJ735 Connex3, Stratasys® Ltd., SAD) i krute komercijalne smole (kao što je serija Vero) za štampanje sistema gripa.
Šematski dijagram 3D štampanog prilagođenog sistema za hvatanje i njegova montaža sa 3D štampanim sendvič panelom sa auxetic jezgrom.
Izvodimo kvazistatičke testove kompresije kontrolisano kretanjem koristeći mehaničku ispitnu stanicu (Lloyd LR, ćelija za opterećenje = 100 N) i prikupljamo mašinske sile i pomake pri brzini uzorkovanja od 20 Hz.
Ovaj dio predstavlja numeričku studiju predložene sendvič strukture. Pretpostavljamo da su gornji i donji sloj napravljeni od ugljične epoksidne smole, a rešetkasta struktura konkavnog jezgra je od polimera. Mehanička svojstva materijala korištenih u ovoj studiji prikazana su u tablici 2. Osim toga, bezdimenzionalni omjeri rezultata pomaka i polja naprezanja prikazani su u tablici 3.
Maksimalni vertikalni bezdimenzijski pomak ravnomjerno opterećene slobodno oslonjene ploče uspoređen je s rezultatima dobivenim različitim metodama (tablica 4). Postoji dobra saglasnost između predložene teorije, metode konačnih elemenata i eksperimentalnih verifikacija.
Usporedili smo vertikalni pomak modificirane teorije cik-cak (RZT) s 3D teorijom elastičnosti (Pagano), teorijom posmične deformacije prvog reda (FSDT) i FEM rezultatima (vidi sliku 3). Teorija smicanja prvog reda, zasnovana na dijagramima pomaka debelih višeslojnih ploča, najviše se razlikuje od elastičnog rješenja. Međutim, modificirana cik-cak teorija predviđa vrlo precizne rezultate. Osim toga, usporedili smo i izvanravninsko posmično naprezanje i normalno naprezanje u ravnini različitih teorija, među kojima je cik-cak teorija dala točnije rezultate od FSDT (slika 4).
Usporedba normaliziranih vertikalnih deformacija izračunatih korištenjem različitih teorija pri y = b/2.
Promjena posmičnog naprezanja (a) i normalnog naprezanja (b) po debljini sendvič panela, izračunata korištenjem različitih teorija.
Zatim smo analizirali utjecaj geometrijskih parametara jedinične ćelije s konkavnim jezgrom na ukupna mehanička svojstva sendvič panela. Ugao jedinične ćelije je najvažniji geometrijski parametar u dizajnu reentrantnih rešetkastih struktura34,35,36. Stoga smo izračunali utjecaj kuta jedinične ćelije, kao i debljine izvan jezgre, na ukupnu deformaciju ploče (slika 5). Kako se povećava debljina međusloja, smanjuje se maksimalni bezdimenzionalni otklon. Relativna čvrstoća na savijanje se povećava za deblje slojeve jezgre i kada \(\frac{{h}_{c}}{h}=1\) (tj. kada postoji jedan konkavni sloj). Najmanje pomake imaju sendvič paneli sa auksetičkom jediničnom ćelijom (tj. \(\theta =70^\circ\)) (slika 5). Ovo pokazuje da je čvrstoća na savijanje auxetic jezgra veća od one kod konvencionalnog auxetic jezgra, ali je manje efikasna i ima pozitivan Poissonov omjer.
Normalizirani maksimalni otklon konkavne rešetkaste šipke s različitim uglovima jedinične ćelije i debljinom izvan ravnine.
Debljina jezgra auksetičke rešetke i omjer širine i visine (tj. \(\theta=70^\circ\)) utiču na maksimalan pomak sendvič ploče (slika 6). Može se vidjeti da se maksimalni otklon ploče povećava s povećanjem h/l. Osim toga, povećanje debljine auxetic jezgre smanjuje poroznost konkavne strukture, čime se povećava čvrstoća konstrukcije na savijanje.
Maksimalni otklon sendvič panela uzrokovan rešetkastim strukturama sa auxetic jezgrom različitih debljina i dužina.
Proučavanje polja naprezanja je zanimljivo područje koje se može istražiti promjenom geometrijskih parametara jedinične ćelije radi proučavanja načina loma (npr. raslojavanje) višeslojnih struktura. Poissonov omjer ima veći utjecaj na polje posmičnih naprezanja izvan ravnine od normalnog naprezanja (vidi sliku 7). Osim toga, ovaj efekat je nehomogen u različitim smjerovima zbog ortotropnih svojstava materijala ovih rešetki. Ostali geometrijski parametri, kao što su debljina, visina i dužina konkavnih konstrukcija, imali su mali utjecaj na polje naprezanja, pa nisu analizirani u ovom istraživanju.
Promjena komponenti posmičnog naprezanja u različitim slojevima sendvič panela s rešetkastim punilom s različitim uglovima konkavnosti.
Ovdje se istražuje čvrstoća na savijanje slobodno oslonjene višeslojne ploče s konkavnom rešetkastom jezgrom pomoću cik-cak teorije. Predložena formulacija uspoređuje se s drugim klasičnim teorijama, uključujući trodimenzionalnu teoriju elastičnosti, teoriju posmične deformacije prvog reda i FEM. Također potvrđujemo našu metodu upoređujući naše rezultate s eksperimentalnim rezultatima na 3D printanim sendvič strukturama. Naši rezultati pokazuju da je cik-cak teorija u stanju predvidjeti deformaciju sendvič konstrukcija umjerene debljine pod opterećenjem savijanjem. Osim toga, analiziran je utjecaj geometrijskih parametara konkavne rešetkaste strukture na savijanje sendvič panela. Rezultati pokazuju da kako se razina auksetike povećava (tj. θ <90), raste i čvrstoća na savijanje. Osim toga, povećanje omjera širine i visine i smanjenje debljine jezgre će smanjiti čvrstoću sendvič panela na savijanje. Konačno, proučavan je utjecaj Poissonovog omjera na posmično naprezanje izvan ravnine te je potvrđeno da Poissonov omjer ima najveći utjecaj na posmično naprezanje koje stvara debljina laminirane ploče. Predložene formule i zaključci mogu otvoriti put za projektovanje i optimizaciju višeslojnih konstrukcija sa konkavnim rešetkastim punilima pod složenijim uslovima opterećenja neophodnim za projektovanje nosivih konstrukcija u vazduhoplovnoj i biomedicinskoj tehnologiji.
Skupovi podataka korišteni i/ili analizirani u trenutnoj studiji dostupni su od odgovarajućih autora na razuman zahtjev.
Aktai L., Johnson AF i Kreplin B. Kh. Numerička simulacija karakteristika destrukcije jezgri saća. inženjer. fraktal. krzno. 75(9), 2616–2630 (2008).
Gibson LJ i Ashby MF Porozne čvrste tvari: struktura i svojstva (Cambridge University Press, 1999).
Vrijeme objave: 12.08.2023