Dankon pro vizito de Nature.com. Vi uzas retumilon kun limigita CSS-subteno. Por la plej bona sperto, ni rekomendas, ke vi uzu ĝisdatigitan retumilon (aŭ malŝaltu Kongruo-Reĝimon en Internet Explorer). Intertempe, por certigi daŭran subtenon, ni montras la retejon sen stiloj kaj JavaScript.
Sandviĉa panelstrukturoj estas vaste uzataj en multaj industrioj pro siaj altaj mekanikaj trajtoj. La intertavolo de ĉi tiuj strukturoj estas tre grava faktoro en kontrolado kaj plibonigado de iliaj mekanikaj trajtoj sub diversaj ŝarĝaj kondiĉoj. Konkavaj kradaj strukturoj estas elstaraj kandidatoj por uzo kiel intertavoloj en tiaj sandviĉaj strukturoj pro pluraj kialoj, nome por agordi sian elastecon (ekz., la rilatumo de Poisson kaj elastaj rigidecvaloroj) kaj ductilidad (ekz., alta elasteco) por simpleco. La fort-al-pezaj proporciaj propraĵoj estas atingitaj per alĝustigo de nur la geometriaj elementoj kiuj konsistigas la unuoĉelon. Ĉi tie, ni esploras la fleksan respondon de 3-tavola konkava kerna sandviĉo-panelo uzante analizajn (t.e., zigzag-teorio), komputilajn (t.e., finhavan elementon) kaj eksperimentajn provojn. Ni ankaŭ analizis la efikon de diversaj geometriaj parametroj de la konkava krada strukturo (ekz. angulo, dikeco, unuoĉela longo al alteco-proporcio) sur la ĝenerala mekanika konduto de la sandviĉo-strukturo. Ni trovis ke kernaj strukturoj kun aŭsetika konduto (t.e. negativa Poisson-proporcio) elmontras pli altan fleksan forton kaj minimuman ekster-ebenan tondan streĉon kompare kun konvenciaj kradoj. Niaj trovoj povas pavimi la vojon por la evoluo de altnivelaj inĝenieritaj plurtavolaj strukturoj kun arkitekturaj kernaj kradoj por aerospacaj kaj biomedicinaj aplikoj.
Pro sia alta forto kaj malalta pezo, sandviĉaj strukturoj estas vaste uzataj en multaj industrioj, inkluzive de mekanika kaj sporta ekipaĵo dezajno, mara, aerspaca kaj biomedicina inĝenierado. Konkavaj kradstrukturoj estas unu ebla kandidato estanta konsiderata kiel kerntavoloj en tiaj kunmetitaj strukturoj pro sia supera energisorbadkapacito kaj alta forto-pez-proporcio trajtoj1,2,3. En la pasinteco, grandaj klopodoj estis faritaj por desegni malpezajn sandviĉajn strukturojn kun konkavaj kradoj por plu plibonigi la mekanikajn trajtojn. Ekzemploj de tiaj dezajnoj inkluzivas altpremajn ŝarĝojn en ŝipaj karenoj kaj skusorbiloj en aŭtoj4,5. La kialo, kial la konkava krada strukturo estas tre populara, unika kaj taŭga por sandviĉa panelkonstruado, estas ĝia kapablo sendepende agordi siajn elastomekanikajn trajtojn (ekz. elasta rigideco kaj Poisson-komparo). Unu tia interesa posedaĵo estas la aŭzetika konduto (aŭ negativa rilatumo de Poisson), kiu rilatas al la laterala vastiĝo de krada strukturo kiam streĉite laŭlonge. Ĉi tiu nekutima konduto rilatas al la mikrostruktura dezajno de siaj konsistigaj elementaj ĉeloj7,8,9.
Ekde la komenca esplorado de Lagoj en la produktadon de aŭzetikaj ŝaŭmoj, signifaj klopodoj estis faritaj por evoluigi porajn strukturojn kun negativa rilatumo de Poisson10,11. Pluraj geometrioj estis proponitaj por atingi tiun celon, kiel ekzemple kiralaj, duonrigidaj, kaj rigidaj rotaciaj unuoĉeloj,12 ĉiuj el kiuj elmontras aŭzetikan konduton. La apero de aldona fabrikado (AM, ankaŭ konata kiel 3D presado) teknologioj ankaŭ faciligis la efektivigon de ĉi tiuj 2D aŭ 3D aŭzetikaj strukturoj13.
La aŭzetika konduto disponigas unikajn mekanikajn trajtojn. Ekzemple, Lagoj kaj Ulmoj14 montris, ke auxetikaj ŝaŭmoj havas pli altan rendimentan forton, pli altan efikenergian absorbadkapaciton, kaj pli malaltan rigidecon ol konvenciaj ŝaŭmoj. Koncerne la dinamikajn mekanikajn ecojn de aŭzetikaj ŝaŭmoj, ili montras pli altan reziston sub dinamikaj rompaj ŝarĝoj kaj pli altan plilongiĝon sub pura streĉiĝo15. Krome, la uzo de aŭzetikaj fibroj kiel plifortigaj materialoj en kunmetaĵoj plibonigos iliajn mekanikajn ecojn16 kaj reziston al damaĝo kaŭzita de fibra streĉado17.
Esplorado ankaŭ montris, ke uzi konkavajn aŭzetikajn strukturojn kiel la kernon de kurbaj kunmetitaj strukturoj povas plibonigi ilian ekster-ebenan agadon, inkluzive de fleksa rigideco kaj forto18. Uzante tavoligitan modelon, oni ankaŭ observis, ke aŭzetika kerno povas pliigi la frakturforton de kunmetitaj paneloj19. Kunmetaĵoj kun aŭzetikaj fibroj ankaŭ malhelpas fendetdisvastiĝon kompare kun konvenciaj fibroj20.
Zhang et al.21 modeligis la dinamikan koliziokonduton de revenantaj ĉelaj strukturoj. Ili trovis ke tensio kaj energisorbado povus esti plibonigitaj pliigante la angulon de la aŭsetika unuoĉelo, rezultigante kradon kun pli negativa rilatumo de Poisson. Ili ankaŭ sugestis, ke tiaj aŭzetikaj sandviĉpaneloj povus esti uzataj kiel protektaj strukturoj kontraŭ altaj streĉiĝaj efikŝarĝoj. Imbalzano et al.22 ankaŭ raportis, ke aŭzetikaj kunmetitaj folioj povas disipi pli da energio (t.e. duoble pli multe) per plasta deformado kaj povas redukti maksimuman rapidecon sur la dorsa flanko je 70% kompare kun ununuraj folioj.
En la lastaj jaroj, multe da atento estis pagita al nombraj kaj eksperimentaj studoj de sandviĉaj strukturoj kun aŭzetika plenigaĵo. Ĉi tiuj studoj elstarigas manierojn plibonigi la mekanikajn trajtojn de ĉi tiuj sandviĉaj strukturoj. Ekzemple, konsideri sufiĉe dikan aŭzetikan tavolon kiel la kernon de sandviĉpanelo povas rezultigi pli altan efikan Young-modulon ol la plej rigida tavolo23. Krome, la fleksa konduto de lamenigitaj traboj 24 aŭ auxetikaj kerntuboj 25 povas esti plibonigita per la optimumigo-algoritmo. Ekzistas aliaj studoj pri mekanika testado de disetendeblaj kernaj sandviĉstrukturoj sub pli kompleksaj ŝarĝoj. Ekzemple, kunpremadtestado de betonaj kunmetaĵoj kun aŭzetikaj agregaĵoj, sandviĉaj paneloj sub eksplodaj ŝarĝoj27, fleksaj provoj28 kaj malalt-rapidecaj traftestoj29, same kiel analizo de nelinia fleksado de sandviĉaj paneloj kun funkcie diferencitaj aŭzetikaj agregaĵoj30.
Ĉar komputilsimuladoj kaj eksperimentaj taksadoj de tiaj dezajnoj ofte estas tempopostulaj kaj multekostaj, ekzistas bezono evoluigi teoriajn metodojn kiuj povas efike kaj precize disponigi la informojn necesaj por dizajni plurtavolajn aŭzetikajn kernstrukturojn sub arbitraj ŝarĝkondiĉoj. racia tempo. Tamen, modernaj analizaj metodoj havas kelkajn limojn. Aparte, tiuj teorioj ne estas sufiĉe precizaj por antaŭdiri la konduton de relative dikaj kompozitaj materialoj kaj analizi kunmetaĵojn kunmetitajn de pluraj materialoj kun vaste malsamaj elastaj trajtoj.
Ĉar ĉi tiuj analizaj modeloj dependas de aplikataj ŝarĝoj kaj limkondiĉoj, ĉi tie ni koncentriĝos pri la fleksa konduto de aŭzetikaj kernaj sandviĉpaneloj. La ekvivalenta unutavola teorio utiligita por tiaj analizoj ne povas ĝuste antaŭdiri tondon kaj aksajn stresojn en tre nehomogenaj lamenaĵoj en modera dikeco sandviĉkunmetaĵoj. Krome, en kelkaj teorioj (ekzemple, en la tavoligita teorio), la nombro da kinematikaj variabloj (ekzemple, delokiĝo, rapideco, ktp.) forte dependas de la nombro da tavoloj. Tio signifas ke la moviĝkampo de ĉiu tavolo povas esti priskribita sendepende, kontentigante certajn fizikajn kontinueclimojn. Tial, tio kondukas al enkalkulado de granda nombro da variabloj en la modelo, kio igas tiun aliron komputile multekosta. Por venki ĉi tiujn limigojn, ni proponas aliron bazitan sur zigzaga teorio, specifa subklaso de plurnivela teorio. La teorio disponigas kontinuecon de tondstreso ĉie en la dikeco de la lamenaĵo, supozante zigzagan padronon de en-ebenaj delokiĝoj. Tiel, la zigzagteorio donas la saman nombron da kinemataj variabloj nekonsiderante la nombro da tavoloj en la lamenaĵo.
Por pruvi la potencon de nia metodo en antaŭdiro de la konduto de sandviĉpaneloj kun konkavaj kernoj sub fleksado de ŝarĝoj, ni komparis niajn rezultojn kun klasikaj teorioj (t.e. nia aliro kun komputilaj modeloj (t.e. finhavaj elementoj) kaj eksperimentaj datenoj (t.e. tri-punkta fleksado de 3D presitaj sandviĉpaneloj).Por tio, ni unue derivis la movorilaton surbaze de la zigzaga teorio, kaj poste akiris la konstituigajn ekvaciojn per la Hamilton-principo kaj solvis ilin per la Galerkin-metodo.La rezultoj akiritaj estas potenca ilo por desegnado responda. geometriaj parametroj de sandviĉaj paneloj kun auxetikaj plenigaĵoj, faciligante la serĉon de strukturoj kun plibonigitaj mekanikaj propraĵoj.
Konsideru tritavolan sandviĉopanelon (Fig. 1). Geometriaj dezajnaj parametroj: supra tavolo \({h}_{t}\), meza tavolo \({h}_{c}\) kaj malsupra tavolo \({h}_{ b }\) dikeco. Ni hipotezas, ke la struktura kerno konsistas el pikita krada strukturo. La strukturo konsistas el elementaj ĉeloj aranĝitaj unu apud la alia en orda maniero. Ŝanĝante la geometriajn parametrojn de konkava strukturo, eblas ŝanĝi ĝiajn mekanikajn ecojn (t.e., la valorojn de la proporcio de Poisson kaj elasta rigideco). La geometriaj parametroj de la elementa ĉelo estas montritaj en Fig. 1 inkluzive de angulo (θ), longo (h), alteco (L) kaj kolumna dikeco (t).
La zigzagteorio disponigas tre precizajn prognozojn de la streso kaj trostreĉiĝokonduto de tavoligitaj kunmetitaj strukturoj de modera dikeco. Struktura delokiĝo en la zigzaga teorio konsistas el du partoj. La unua parto montras la konduton de la sandviĉpanelo kiel tutaĵo, dum la dua parto rigardas la konduton inter tavoloj por certigi tondstreĉkontinuecon (aŭ la tielnomitan zigzagfunkcion). Krome, la zigzaga elemento malaperas sur la ekstera surfaco de la laminado, kaj ne ene de ĉi tiu tavolo. Tiel, la zigzagfunkcio certigas ke ĉiu tavolo kontribuas al la totala sekca deformado. Tiu grava diferenco disponigas pli realisman fizikan distribuon de la zigzagfunkcio kompare kun aliaj zigzagfunkcioj. La nuna modifita zigzagmodelo ne disponigas transversan tondan streskontinuecon laŭ la meza tavolo. Tial, la movokampo bazita sur la zigzaga teorio povas esti skribita jene31.
en la ekvacio. (1), k=b, c kaj t reprezentas la malsupran, mezan kaj supran tavolojn, respektive. La movokampo de la averaĝa ebeno laŭ la kartezia akso (x, y, z) estas (u, v, w), kaj la fleksa rotacio en la ebeno ĉirkaŭ la (x, y) akso estas \({\uptheta} _ {x}\) kaj \ ({\uptheta}_{y}\). \({\psi}_{x}\) kaj \({\psi}_{y}\) estas spacaj kvantoj de zigzaga rotacio, kaj \({\phi}_{x}^{k}\ maldekstre ( z \right)\) kaj \({\phi}_{y}^{k}\left(z\right)\) estas zigzagaj funkcioj.
La amplitudo de la zigzago estas vektora funkcio de la fakta respondo de la plato al la aplikata ŝarĝo. Ili disponigas konvenan skaladon de la zigzagfunkcio, tiel kontrolante la totalan kontribuon de la zigzago al la delokiĝo en la aviadilo. Tonda streĉo trans la platdikeco konsistas el du komponentoj. La unua parto estas la tonda angulo, unuforma trans la dikeco de la lamenaĵo, kaj la dua parto estas pece konstanta funkcio, unuforma trans la dikeco de ĉiu individua tavolo. Laŭ tiuj pece konstantaj funkcioj, la zigzaga funkcio de ĉiu tavolo povas esti skribita kiel:
en la ekvacio. (2), \({c}_{11}^{k}\) kaj \({c}_{22}^{k}\) estas la elasteckonstantoj de ĉiu tavolo, kaj h estas la totala dikeco de la disko. Krome, \({G}_{x}\) kaj \({G}_{y}\) estas la pezbalancitaj mezaj tondaj rigideckoeficientoj, esprimitaj kiel 31:
La du zigzagaj amplitudfunkcioj (Ekvacio (3)) kaj la ceteraj kvin kinemataj variabloj (Ekvacio (2)) de la unuaorda tonda deformacioteorio konsistigas aron de sep kinematikoj asociitaj kun tiu modifita zigzagplatteoriovariablo. Supozante linian dependecon de la deformado kaj konsiderante la zigzag-teorion, la deformadkampo en la kartezia koordinatsistemo povas esti akirita kiel:
kie \({\varepsilon}_{yy}\) kaj \({\varepsilon}_{xx}\) estas normalaj deformadoj, kaj \({\gamma}_{yz},{\gamma}_{xz} \ ) kaj \({\gamma}_{xy}\) estas tondaj deformadoj.
Uzante la leĝon de Hooke kaj konsiderante la zigzagan teorion, la rilato inter streĉo kaj streĉiĝo de ortotropa plato kun konkava krada strukturo povas esti akirita de ekvacio (1). (5)32 kie \({c}_{ij}\) estas la elasta konstanto de la streĉ-destreĉa matrico.
kie \({G}_{ij}^{k}\), \({E}_{ij}^{k}\) kaj \({v}_{ij}^{k}\) estas tranĉitaj forto estas la modulo en malsamaj direktoj, la modulo de Young kaj la rilatumo de Poisson. Ĉi tiuj koeficientoj estas egalaj en ĉiuj direktoj por la izotopa tavolo. Krome, por la revenantaj nukleoj de la krado, kiel montrite en Fig. 1, tiuj trajtoj povas esti reverkitaj kiel 33.
Apliko de la principo de Hamilton al la ekvacioj de moviĝo de plurtavola plato kun konkava kradkerno disponigas la bazajn ekvaciojn por la dezajno. La principo de Hamilton povas esti skribita kiel:
Inter ili, δ reprezentas la variacian operatoron, U reprezentas la streĉan potencialan energion, kaj W reprezentas la laboron faritan de la ekstera forto. La totala potenciala streĉenergio estas akirita uzante la ekvacion. (9), kie A estas la regiono de la mediana ebeno.
Supozante unuforman aplikon de la ŝarĝo (p) en la z-direkto, la laboro de la ekstera forto povas esti akirita de la sekva formulo:
Anstataŭigi la ekvacion Ekvacioj (4) kaj (5) (9) kaj anstataŭigu la ekvacion. (9) kaj (10) (8) kaj integrante super la platdikeco, la ekvacio: (8) povas esti reverkita kiel:
La indekso \(\phi\) reprezentas la zigzagan funkcion, \({N}_{ij}\) kaj \({Q}_{iz}\) estas fortoj en kaj el la ebeno, \({M} _{ij }\) reprezentas fleksan momenton, kaj la kalkulformulo estas jena:
Aplikante integriĝon per partoj al la ekvacio. Anstataŭigante en formulon (12) kaj kalkulante la koeficienton de variado, la difina ekvacio de la sandviĉo-panelo povas esti akirita en la formo de formulo (12). (13).
La diferencialaj kontrolekvacioj por libere subtenataj tritavolaj platoj estas solvitaj per la Galerkin-metodo. Sub la supozo de kvazaŭ-senmovaj kondiĉoj, la nekonata funkcio estas konsiderata kiel ekvacio: (14).
\({u}_{m,n}\), \({v}_{m,n}\), \({w}_{m,n}\),\({{\uptheta}_ {\mathrm {x}}}_{\mathrm {m} \text{,n}}\),\({{\uptheta }_{\mathrm {y}}}_{\mathrm {m} \text {,n}}\), \({{\uppsi}_{\mathrm{x}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) kaj \({{\uppsi}_{ \mathrm{y}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) estas nekonataj konstantoj kiuj povas esti akiritaj per minimumigo de la eraro. \(\overline{\overline{u}} \left({x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{v}} \left({x{\text {,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{w}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline {{{\uptheta}_{x}}}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{{{\uptheta}_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{{\psi_{x}}}} \left( {x{\text{, y}}} \right)\) kaj \(\overline{\overline{{ \psi_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\) estas testaj funkcioj, kiu devas kontentigi la minimumajn necesajn limkondiĉojn. Por ĵus apogitaj limkondiĉoj, la testfunkcio povas esti rekalkulita kiel:
Anstataŭigo de ekvacioj donas algebrajn ekvaciojn. (14) al la regantaj ekvacioj, kiuj povas konduki al akiro de nekonataj koeficientoj en ekvacio (14). (14).
Ni uzas finielementan modeladon (FEM) por komputil-simuli la fleksadon de libere subtenata sandviĉopanelo kun konkava krada strukturo kiel la kerno. La analizo estis farita en komerca finhava kodo (ekzemple, Abaqus versio 6.12.1). 3D sesedraj solidaj elementoj (C3D8R) kun simpligita integriĝo kutimis modeligi la suprajn kaj malsuprajn tavolojn, kaj liniaj kvaredraj elementoj (C3D4) kutimis modeligi la mezan (konkavan) kradstrukturon. Ni faris maŝsenteman analizon por testi la konverĝon de la maŝo kaj konkludis, ke la movorezultoj konverĝis ĉe la plej malgranda karakteriza grandeco inter la tri tavoloj. La sandviĉplato estas ŝarĝita uzante la sinusoidan ŝarĝfunkcion, konsiderante la libere subtenatajn limkondiĉojn ĉe la kvar randoj. La linia elasta mekanika konduto estas konsiderata kiel materiala modelo asignita al ĉiuj tavoloj. Ne ekzistas specifa kontakto inter la tavoloj, ili estas interligitaj.
Ni uzis 3D-presajn teknikojn por krei nian prototipon (t.e. triobla presita auxetic-kerna sandviĉo-panelo) kaj respondan kutiman eksperimentan aranĝon por apliki similajn flekseblajn kondiĉojn (unuforman ŝarĝon p laŭ la z-direkto) kaj limkondiĉojn (t.e. nur subtenataj). supozita en nia analiza aliro (Fig. 1).
La sandviĉo-panelo presita sur 3D presilo konsistas el du haŭtoj (supra kaj malsupra) kaj konkava krada kerno, kies dimensioj estas montritaj en Tabelo 1, kaj estis fabrikita per 3D-presilo Ultimaker 3 (Italio) uzante la deponan metodon ( FDM). teknologio estas uzata en sia procezo. Ni 3D presis la bazan platon kaj ĉefan aŭzetikan kradan strukturon kune, kaj presis la supran tavolon aparte. Ĉi tio helpas eviti ajnajn komplikaĵojn dum la procezo de forigo de subteno se la tuta dezajno devas esti presita samtempe. Post 3D presado, du apartaj partoj estas kungluitaj per supergluo. Ni presis ĉi tiujn komponantojn per polilaktika acido (PLA) ĉe la plej alta plenigdenseco (te 100%) por malhelpi iujn lokalizitajn presajn difektojn.
La kutima krampa sistemo imitas la samajn simplajn subtenajn limkondiĉojn adoptitajn en nia analiza modelo. Ĉi tio signifas, ke la kroĉa sistemo malhelpas la tabulon moviĝi laŭ siaj randoj en la x kaj y-direktoj, permesante al tiuj randoj turni libere ĉirkaŭ la x kaj y-aksoj. Ĉi tio estas farita konsiderante fileojn kun radiuso r = h/2 ĉe la kvar randoj de la kroĉa sistemo (Fig. 2). Ĉi tiu fiksa sistemo ankaŭ certigas, ke la aplikata ŝarĝo estas plene translokigita de la testa maŝino al la panelo kaj vicigita kun la centra linio de la panelo (fig. 2). Ni uzis mult-jetan 3D-presan teknologion (ObjetJ735 Connex3, Stratasys® Ltd., Usono) kaj rigidajn komercajn rezinojn (kiel la serio Vero) por presi la kroĉan sistemon.
Skema diagramo de 3D presita kutima kroĉa sistemo kaj ĝia kunigo kun 3D presita sandviĉo-panelo kun aŭzetika kerno.
Ni elfaras mov-kontrolitajn kvazaŭ-statikajn kunpremajn provojn uzante mekanikan testbenkon (Lloyd LR, ŝarĝoĉelo = 100 N) kaj kolektas maŝinajn fortojn kaj movojn kun specimena rapideco de 20 Hz.
Ĉi tiu sekcio prezentas nombran studon de la proponita sandviĉostrukturo. Ni supozas, ke la supraj kaj malsupraj tavoloj estas faritaj el karbona epoksia rezino, kaj la krada strukturo de la konkava kerno estas farita el polimero. La mekanikaj propraĵoj de la materialoj uzataj en ĉi tiu studo estas montritaj en Tabelo 2. Krome, la sendimensiaj proporcioj de movorezultoj kaj streĉaj kampoj estas montritaj en Tabelo 3.
La maksimuma vertikala sendimensia movo de unuforme ŝarĝita libere subtenata plato estis komparita kun la rezultoj akiritaj per malsamaj metodoj (Tablo 4). Estas bona interkonsento inter la proponita teorio, la finielementa metodo kaj eksperimentaj konfirmoj.
Ni komparis la vertikalan movon de la modifita zigzag-teorio (RZT) kun 3D-elasteca teorio (Pagano), unua orda tonda deformada teorio (FSDT) kaj FEM-rezultoj (vidu Fig. 3). La unuaorda tondteorio, bazita sur la delokiĝdiagramoj de dikaj plurtavolaj platoj, plej devias de la elasta solvo. Tamen, la modifita zigzaga teorio antaŭdiras tre precizajn rezultojn. Krome, ni ankaŭ komparis la ekster-ebenan tondan streson kaj en-ebenan normalan streson de diversaj teorioj, inter kiuj la zigzaga teorio akiris pli precizajn rezultojn ol FSDT (Fig. 4).
Komparo de normaligita vertikala streĉo kalkulita uzante malsamajn teoriojn ĉe y = b/2.
Ŝanĝo en tonda streso (a) kaj normala streso (b) trans la dikeco de sandviĉpanelo, kalkulita uzante diversajn teoriojn.
Poste, ni analizis la influon de la geometriaj parametroj de la unuoĉelo kun konkava kerno sur la ĝeneralaj mekanikaj propraĵoj de la sandviĉo-panelo. La unuoĉela angulo estas la plej grava geometria parametro en la dezajno de reenirantaj kradaj strukturoj34,35,36. Tial, ni kalkulis la influon de la unuoĉela angulo, same kiel la dikecon ekster la kerno, sur la totala deklino de la plato (Fig. 5). Ĉar la dikeco de la meza tavolo pliiĝas, la maksimuma sendimensia deklino malpliiĝas. La relativa fleksadforto pliiĝas por pli dikaj kernaj tavoloj kaj kiam \(\frac{{h}_{c}}{h}=1\) (te, kiam estas unu konkava tavolo). Sandviĉpaneloj kun auxetika unuoĉelo (t.e. \(\theta =70^\circ\)) havas la plej malgrandajn movojn (Fig. 5). Tio montras ke la fleksadforto de la aŭzetika kerno estas pli alta ol tiu de la konvencia aŭzetika kerno, sed estas malpli efika kaj havas pozitivan rilatumon de Poisson.
Normaligita maksimuma deklino de konkava krada bastono kun malsamaj unuoĉelaj anguloj kaj eksterebena dikeco.
La dikeco de la kerno de la aŭzetika krado kaj la bildformato (te \(\theta=70^\circ\)) influas la maksimuman delokiĝon de la sandviĉplato (Figuro 6). Oni povas vidi ke la maksimuma deklino de la plato pliiĝas kun kreskanta h/l. Krome, pliigi la dikecon de la aŭzetika kerno reduktas la porecon de la konkava strukturo, tiel pliigante la flekseblan forton de la strukturo.
La maksimuma deklino de sandviĉpaneloj kaŭzita de kradaj strukturoj kun aŭzetika kerno de diversaj dikaĵoj kaj longoj.
La studo de streskampoj estas interesa areo kiu povas esti esplorita ŝanĝante la geometriajn parametrojn de la unuoĉelo por studi la fiaskoreĝimojn (ekz., delaminado) de plurtavolaj strukturoj. La rilatumo de Poisson havas pli grandan efikon sur la kampo de ekster-ebenaj tondstreĉoj ol normala streĉo (vidu Fig. 7). Krome, ĉi tiu efiko estas nehomogena en malsamaj direktoj pro la ortotropaj propraĵoj de la materialo de ĉi tiuj kradoj. Aliaj geometriaj parametroj, kiel ekzemple la dikeco, alteco kaj longo de la konkavaj strukturoj, havis nur malmulte da efiko al la streĉa kampo, do ili ne estis analizitaj en ĉi tiu studo.
Ŝanĝo en tonda streĉokomponentoj en malsamaj tavoloj de sandviĉpanelo kun kradplenigaĵo kun malsamaj konkavaj anguloj.
Ĉi tie, la fleksadforto de libere apogita plurtavola plato kun konkava kradkerno estas esplorita uzante la zigzag-teorion. La proponita formuliĝo estas komparita kun aliaj klasikaj teorioj, inkluzive de tridimensia elastecteorio, unuaorda tonda deformada teorio, kaj FEM. Ni ankaŭ validas nian metodon komparante niajn rezultojn kun eksperimentaj rezultoj pri 3D presitaj sandviĉaj strukturoj. Niaj rezultoj montras, ke la zigzaga teorio kapablas antaŭdiri la deformadon de sandviĉaj strukturoj de modera dikeco sub fleksaj ŝarĝoj. Krome, la influo de la geometriaj parametroj de la konkava krada strukturo sur la fleksa konduto de sandviĉpaneloj estis analizita. La rezultoj montras, ke kiam la nivelo de auxetic pliiĝas (te, θ <90), la fleksadforto pliiĝas. Krome, pliigi la bildformaton kaj malpliigi la dikecon de la kerno reduktos la flekseblan forton de la sandviĉo-panelo. Finfine, la efiko de la rilatumo de Poisson sur eksterebena tondostreĉo estas studita, kaj estas konfirmite ke la rilatumo de Poisson havas la plej grandan influon sur la tondstreso generita per la dikeco de la lamenigita plato. La proponitaj formuloj kaj konkludoj povas malfermi la vojon al la dezajno kaj optimumigo de plurtavolaj strukturoj kun konkavaj kradaj plenigaĵoj sub pli kompleksaj ŝarĝaj kondiĉoj necesaj por la dezajno de ŝarĝaj strukturoj en aerospaca kaj biomedicina teknologio.
La datumaroj uzitaj kaj/aŭ analizitaj en la nuna studo estas haveblaj de la respektivaj aŭtoroj laŭ akceptebla peto.
Aktai L., Johnson AF kaj Kreplin B. Kh. Nombra simulado de la detruaj trajtoj de kahelaj kernoj. inĝeniero. fraktalo. felo. 75 (9), 2616–2630 (2008).
Gibson LJ kaj Ashby MF Porous Solids: Strukturo kaj Properties (Cambridge University Press, 1999).
Afiŝtempo: Aŭg-12-2023