Nature.com сайтына кергәнегез өчен рәхмәт. Сез чикләнгән CSS ярдәме белән браузер версиясен кулланасыз. Иң яхшы тәҗрибә өчен без яңартылган браузерны кулланырга киңәш итәбез (яки Internet Explorer'та туры килү режимын сүндерегез). Шул ук вакытта, дәвамлы ярдәмне тәэмин итү өчен, без сайтны стильләр һәм JavaScriptсыз күрсәтәбез.
Сандвич панель структуралары югары механик үзенчәлекләре аркасында күп тармакларда киң кулланыла. Бу структураларның үзара бәйләнеше төрле йөкләү шартларында аларның механик үзлекләрен контрольдә тоту һәм яхшырту өчен бик мөһим фактор. Конкав тактасы структуралары берничә сәбәп аркасында мондый сандвич структураларында үзара бәйләнештә куллану өчен күренекле кандидатлар, ягъни аларның эластиклыгын көйләү өчен (мәсәлән, Пойсон коэффициенты һәм эластик катгыйлык кыйммәтләре) һәм гадилек өчен тотрыклылык (мәсәлән, югары эластиклык). Көч-авырлык коэффициентлары берәмлек күзәнәген тәшкил иткән геометрик элементларны гына көйләп ирешелә. Монда без аналитик (ягъни зигзаг теориясе), исәпләү (ягъни чикләнгән элемент) һәм эксперименталь тестлар ярдәмендә 3 катлы конвейк үзәк сандвич панельнең флексур реакциясен тикшерәбез. Без шулай ук конвейк тактасы структурасының төрле геометрик параметрларының (мәсәлән, почмак, калынлык, берәмлек күзәнәкләренең озынлыгы биеклек коэффициенты) сандвич структурасының гомуми механик тәртибенә тәэсирен анализладык. Без ачыкладык, ауксетик тәртипле төп структуралар (ягъни тискәре Poisson нисбәте) гадәти подшипниклар белән чагыштырганда югары флексур көч һәм самолеттан тыш минималь стресс күрсәтәләр. Безнең ачышлар аэрокосмик һәм биомедицина кушымталары өчен архитектур үзәк такталар белән алдынгы инженерлы күпкатлы структуралар үсешенә юл ача ала.
Highгары көче һәм аз авырлыгы аркасында сандвич структуралары күп тармакларда киң кулланыла, шул исәптән механик һәм спорт җиһазлары дизайны, диңгез, аэрокосмик һәм биомедицина инженериясе. Конкав такталар структуралары - потенциаль кандидат, шундый композицион структураларда төп катлам булып санала, аларның өстен энергия үзләштерү көче һәм югары көч-авырлык коэффициентлары аркасында 1,2,3. Элек механик үзлекләрне тагын да яхшырту өчен конвейк такталар белән җиңел сандвич структураларын проектлау өчен зур көч куелды. Мондый конструкцияләргә мисал итеп суднолардагы югары басымлы йөкләр һәм автомобильләрдәге шок сиңгечләр4,5 керә. Конвейк тактасы структурасының бик популяр, уникаль һәм сандвич панель төзелеше өчен яраклы булуының сәбәбе - аның эластомеханик үзлекләрен мөстәкыйль көйләү сәләте (мәсәлән, эластик катгыйлык һәм Poisson чагыштыру). Мондый кызыклы әйберләрнең берсе - ауксетик тәртип (яки тискәре Poisson нисбәте), бу озынлыкка сузылганда такталар структурасының ян ягыннан киңәюен күрсәтә. Бу гадәти булмаган тәртип аның башлангыч күзәнәкләренең микроструктур дизайны белән бәйле, 7,8,9.
Күлләр ауксетик күбекләр җитештерү буенча беренче тикшеренүләр үткәргәннән бирле, тискәре Poisson коэффициенты 10,11 булган күзәнәкле структураларны үстерү өчен зур көч куелды. Бу максатка ирешү өчен берничә геометрия тәкъдим ителде, мәсәлән, хираль, ярым каты һәм каты әйләнүче берәмлек күзәнәкләре, аларның барысы да ауксетик тәртип күрсәтәләр. Кушымчалы җитештерү (AM, шулай ук 3D принтер дип атала) технологияләренең барлыкка килүе шулай ук бу 2D яки 3D ярдәмче структураларны тормышка ашырырга ярдәм итә13.
Аксетик тәртип уникаль механик үзлекләр бирә. Мәсәлән, Күлләр һәм Эльмс14 күрсәткәнчә, ауксетик күбекләр уңышның югары көченә, энергиянең үзләштерү көченә һәм гадәти күбекләргә караганда түбән катгыйлыкка ия. Ауксетик күбекләрнең динамик механик үзлекләренә килгәндә, алар динамик өзелгән йөкләр астында югары каршылык күрсәтәләр һәм саф киеренкелек астында югарырак озынлык күрсәтәләр15. Моннан тыш, композитларда ныгытучы материал буларак ауксетик җепселләрне куллану аларның механик үзлекләрен яхшыртачак һәм җепсел сузылу аркасында китерелгән зыянга каршы тору17.
Тикшеренүләр шулай ук күрсәтте: конвейк ауксетик структураларны кәкре композит структураларның үзәге итеп куллану, аларның самолеттан тыш эшләвен яхшырта ала, шул исәптән флексур катгыйлык һәм көч18. Катлаулы модель кулланып, шулай ук күзәтелгән, ярдәмче үзәк композит панельләрнең сыну көчен арттыра ала19. Аксетик җепселле композитлар гадәти җепселләр белән чагыштырганда ярык таралуны булдырмыйлар20.
Чжан һәм башкалар.21 кайткан күзәнәк структураларының динамик бәрелеш тәртибен модельләштерделәр. Алар көчәнешне һәм энергияне үзләштерүне аксетик берәмлек күзәнәгенең почмагын арттырып яхшыртырга мөмкинлеген ачыкладылар, нәтиҗәдә тискәре Poisson нисбәте белән торлау. Алар шулай ук мондый ауксетик сандвич панельләрне югары ставкалар йогынтысыннан саклаучы структуралар итеп кулланырга тәкъдим иттеләр. Imbalzano һ.б.
Соңгы елларда ауксетик тутыргыч белән сандвич структураларын санлы һәм эксперименталь өйрәнүгә зур игътибар бирелде. Бу тикшеренүләр бу сандвич структураларының механик үзлекләрен яхшырту юлларын күрсәтәләр. Мәсәлән, сандвич панельнең үзәге итеп җитәрлек калын ауксетик катламны исәпкә алсак, иң каты катламга караганда Яшь модулусы эффективрак булырга мөмкин23. Моннан тыш, оптимизация алгоритмы ярдәмендә ламинатланган нурларның 24 яки аксетик үзәк торбаларның бөкләнү тәртибе яхшырырга мөмкин. Катлаулы йөкләр астында киңәйтелә торган үзәк сандвич структураларын механик сынау буенча башка тикшеренүләр бар. Мәсәлән, бетон композитларны ауксетик агрегатлар белән кысу, шартлаткыч йөк астындагы сандвич панельләр27, бөкләү тестлары28 һәм түбән тизлектәге тәэсир сынаулары29, шулай ук функциональ дифференциацияләнгән ауксетик агрегатлар белән сандвич панельләрнең сызыксыз бөкләнүен анализлау30.
Компьютер симуляцияләре һәм мондый конструкцияләрне эксперименталь бәяләү еш вакыт таләп итә һәм кыйммәткә төшә, теоретик ысулларны эшләргә кирәк, алар күпкатлы ауксетик үзәк структураларын үзенчәлекле йөкләү шартларында проектлау өчен кирәкле мәгълүматны төгәл һәм төгәл бирә ала. акыллы вакыт. Ләкин хәзерге аналитик ысулларның берничә чикләнеше бар. Аерым алганда, бу теорияләр чагыштырмача калын композицион материалларның тәртибен алдан әйтергә һәм киң таралган эластик үзлекләре булган берничә материалдан торган композитларны анализларга җитәрлек төгәл түгел.
Бу аналитик модельләр кулланылган йөкләргә һәм чик шартларына бәйле булганлыктан, монда без ауксетик үзәк сандвич панельләренең флексур тәртибенә игътибар итәрбез. Мондый анализлар өчен кулланылган эквивалент бер катлам теориясе уртача калынлыктагы сандвич композитларында югары иномоген ламинатларда кыру һәм аксаль стрессларны дөрес әйтә алмый. Моннан тыш, кайбер теорияләрдә (мәсәлән, катлаулы теориядә) кинематик үзгәрүләр саны (мәсәлән, күчерү, тизлек һ.б.) катламнар санына нык бәйле. Димәк, һәр катламның хәрәкәт кыры мөстәкыйль сурәтләнергә мөмкин, шул ук вакытта кайбер физик өзлексезлек чикләүләрен канәгатьләндерергә. Шуңа күрә, бу модельдәге күп санлы үзгәрүләрне исәпкә алуга китерә, бу ысулны исәпләү өчен кыйммәт итә. Бу чикләүләрне җиңәр өчен, без зигзаг теориясенә нигезләнгән алым тәкъдим итәбез, күп дәрәҗә теориянең билгеле бер төркемчәсе. Теория ламинат калынлыгында кыру стрессының өзлексезлеген тәэмин итә, самолет эчендәге зигзаг үрнәген күздә тота. Шулай итеп, зигзаг теориясе ламинаттагы катламнар санына карамастан бер үк санлы кинематик үзгәрешләр бирә.
Сандвич панельләренең бөкләнгән йөкләр астында конвейк үзәкләр белән үз-үзләрен тотышын прогнозлау ысулының көчен күрсәтү өчен, без үз нәтиҗәләребезне классик теорияләр белән чагыштырдык (ягъни исәпләү модельләре (ягъни чикләнгән элементлар) һәм эксперименталь мәгълүматлар (ягъни өч балллы бөкләнү); 3D басма сандвич панельләре) .Бу максаттан без башта зигзаг теориясенә нигезләнеп күчерү мөнәсәбәтләрен алдык, аннары Гамильтон принцибы ярдәмендә конституцион тигезләмәләр алдык һәм аларны Галеркин ысулы ярдәмендә чиштек. Алынган нәтиҗәләр дизайн өчен көчле корал. Сандвич панельләренең геометрик параметрлары, ярдәмче тутыргычлар, яхшыртылган механик үзлекләре булган структураларны эзләүгә ярдәм итә.
Өч катлы сандвич панелен карап чыгыйк (1 нче рәсем). Геометрик дизайн параметрлары: өске катлам \ ({h} _ {t} \), урта катлам \ ({h} _ {c} \) һәм аскы катлам \ ({h} _ {b} \) калынлык. Без фаразлыйбыз, структур үзәк тишекле такталар структурасыннан тора. Структурасы бер-бер артлы тәртиптә урнаштырылган башлангыч күзәнәкләрдән тора. Конвейк структураның геометрик параметрларын үзгәртеп, аның механик үзлекләрен үзгәртергә мөмкин (ягъни Poisson нисбәтенең кыйммәтләре һәм эластик катгыйлык). Башлангыч күзәнәкнең геометрик параметрлары Рәсемнәрдә күрсәтелгән. 1 почмак (θ), озынлык (ч), биеклек (L) һәм багана калынлыгы (т) кертеп.
Зигзаг теориясе уртача калынлыктагы катлаулы составлы структураларның стресс һәм стресс тәртибен бик төгәл фаразлый. Зигзаг теориясендә структур күчерү ике өлештән тора. Беренче өлеш сандвич панельнең тәртибен күрсәтә, икенче өлеше стресс арасындагы өзлексезлекне тәэмин итү өчен катламнар арасындагы тәртипне карый (яки зигзаг функциясе дип атала). Моннан тыш, зигзаг элементы ламинатның тышкы өслегендә юкка чыга, һәм бу катлам эчендә түгел. Шулай итеп, зигзаг функциясе һәр катламның гомуми кисемтә деформациясенә өлеш кертүен тәэмин итә. Бу мөһим аерма зигзаг функциясенең бүтән зигзаг функцияләре белән чагыштырганда реаль реаль физик тәэмин ителешен тәэмин итә. Хәзерге үзгәртелгән зигзаг моделе арадаш катлам буенча стресс өзлексезлеген тәэмин итми. Шуңа күрә, зигзаг теориясенә нигезләнгән күчерү кыры түбәндәгечә язылырга мөмкин31.
тигезләмәсендә. (1), k = b, c һәм t түбән, урта һәм өске катламнарны күрсәтәләр. Картезиан күчәре буенча (x, y, z) урта яссылыкның күчерү кыры (u, v, w), һәм (x, y) күчәре буенча яссылыкта бөкләнү әйләнеше \ ({\ uptheta} _) {x} \) һәм \ ({\ uptheta} _ {y} \). \ ({\ psi} _ {x} \) һәм \ ({\ psi} _ {y} \) - зигзаг әйләнешенең киңлек күләме, һәм \ ({\ phi} _ {x} ^ {k} \ left ( z \ уң) \) һәм \ ({\ phi} _ {y} ^ {k} \ сул (z \ уң) \) - зигзаг функцияләре.
Зигзагның амплитудасы - тәлинкәнең кулланылган йөккә реаль реакциясенең вектор функциясе. Алар зигзаг функциясен тиешле масштаб белән тәэмин итәләр, шуның белән зигзагның самолеттагы күчүгә гомуми өлешен контрольдә тоталар. Тәлинкә калынлыгы аша кыру ике компоненттан тора. Беренче өлеш - кыру почмагы, ламинат калынлыгы буенча бертөрле, икенче өлеше - аерым катлам калынлыгы буенча бертөрле даими функция. Бу даими функцияләр буенча, һәр катламның зигзаг функциясе түбәндәгечә язылырга мөмкин:
тигезләмәсендә. (2), \ ({c} _ {11} ^ {k} \) һәм \ ({c} _ {22} ^ {k} \) - һәр катламның эластик тотрыклылыгы, ә h - гомуми калынлыгы диск. Моннан тыш, \ ({G} _ {x} \) һәм \ ({G} _ {y} \) - 31 итеп күрсәтелгән уртача кыру каты коэффициентлары:
Ике зигзаг амплитудасы функциясе (Тигезләмә (3)) һәм калган биш кинематик үзгәрүчән (тигезләмә (2)) беренче тәртип кыру деформация теориясенең бу үзгәртелгән зигзаг тәлинкә теориясе үзгәрүчесе белән бәйле җиде кинематика җыелмасын тәшкил итә. Деформациянең сызыклы бәйләнешен һәм зигзаг теориясен исәпкә алып, Картезиан координаталар системасындагы деформация кырын түбәндәгечә алырга мөмкин:
монда \ ({\ варепсилон} _ {yy} \) һәм \ ({\ варепсилон} _ {xx} \) гадәти деформация, һәм \ ({\ гамма} _ {yz}, {\ гамма} _ {xz} \) һәм \ ({\ гамма} _ {xy} \) - кыру деформациясе.
Хук законын кулланып һәм зигзаг теориясен исәпкә алып, стресс һәм ортотроп тәлинкәсенең конвейк тактасы структурасы арасындагы бәйләнешне (1) тигезләмәдән алырга мөмкин. (5) 32 монда \ ({c} _ {ij} \) - стресс-матрицаның эластик даими.
монда \ ({G} _ {ij} ^ {k} \), \ ({E} _ {ij} ^ {k} \) һәм \ ({v} _ {ij} ^ {k} \) киселгән Көч - төрле юнәлештә модуль, Яшь модуласы һәм Пойсон катнашы. Бу коэффициентлар изотоп катламы өчен барлык юнәлештә тигез. Моннан тыш, 1-нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, тактаның кире ядрәләре өчен, бу сыйфатларны 33 итеп яңадан язарга мөмкин.
Гамильтон принцибын конвейк тактасы белән күпкатлы тәлинкә хәрәкәт тигезләмәләренә куллану дизайн өчен төп тигезләмәләрне тәэмин итә. Гамильтон принцибын болай язарга мөмкин:
Алар арасында δ вариатив операторны, U потенциаль энергияне күрсәтә, W тышкы көч белән башкарылган эшне күрсәтә. Гомуми потенциаль штамм энергиясе тигезләмә ярдәмендә алына. (9), монда А - урта яссылык өлкәсе.
Йөкнең (p) z юнәлешендә бердәм кулланылышын алсак, тышкы көчнең эшен түбәндәге формуладан алырга мөмкин:
(4) һәм (5) (9) тигезләмәләрен алыштыру һәм тигезләмәне алыштыру. (9) һәм (10) (8) һәм тәлинкә калынлыгына интеграцияләнгән тигезләмә: (8) шулай итеп яңадан язарга мөмкин:
Индекс \ (\ phi \) зигзаг функциясен күрсәтә, \ ({N} _ {ij} \) һәм \ ({Q} _ {iz} \) - самолет эчендә һәм чыгу көче, \ ({M} _ {ij} \) бөкләнү моментын күрсәтә, һәм исәпләү формуласы түбәндәгечә:
Тигезләмәгә өлешләр буенча интеграция куллану. Формула (12) белән алмаштыру һәм үзгәрү коэффициентын исәпләү, сандвич панельнең билгеләү тигезләмәсен формула (12) формасында алырга мөмкин. (13).
Өч катлы тәлинкәләр өчен дифференциаль контроль тигезләмәләре Галеркин ысулы белән чишелә. Квази-статик шартлар фаразлаганда, билгесез функция тигезләмә булып санала: (14).
\ ({u} _ {m, n} \), \ ({v} _ {m, n} \), \ ({w} _ {m, n} \), \ ({{\ уптета} _ math \ mathrm {x}}} _ {\ mathrm {m} \ text {, n}} \), \ {, n}} \), \ ({{\ uppsi} _ {\ mathrm {x}}} _ {\ mathrm {m} \ text {, n}} \) һәм \ ({{\ uppsi} _ { \ mathrm {y}}} _ {\ mathrm {m} \ text {, n}} \) билгесез тотрыклылар, алар хатаны киметеп алына ала. \ (\ сызык {\ сызык {u}} \ сул ({x {\ текст {, y}}} \ уң) \), \ {, y}}} \ уң) \), \ (\ сызык {\ сызык {w}} \ сул ({x {\ текст {, y}}} \ уң) \), \ left {{\ uptheta} _ {x}}} left \ left ({x {\ text {, y}}} \ right) \), \ (\ overline {\ overline {{{\ uptheta} _ {y} left}} \ сул ({x {\ текст {, y}}} \ уң) \), \ (\ сызык {\ сызык {{\ psi_ {x}}}} \ сул ({x {\ текст {, y}}} \ уң) \) һәм \ (\ сызык {\ сызык {{\ psi_ {y}}} left \ сул ({x {\ текст {, y}}} \ уң) \) - тест функцияләре, минималь чик чикләрен канәгатьләндерергә тиеш. Бары тик хупланган чик шартлары өчен тест функциясен түбәндәгечә исәпләргә мөмкин:
Тигезләмәләрне алыштыру алгебраик тигезләмәләр бирә. (14) идарә тигезләмәләренә, бу тигезләмәдә билгесез коэффициентлар алуга китерә ала (14). (14).
Без чикләнгән элемент модельләштерүен (FEM) кулланабыз, үзәк ярдәмендә конвейк тактасы структурасы булган ирекле сандвич панельнең бөкләнүен компьютер-симуляцияләү өчен. Анализ коммерция чикләнгән элемент кодында башкарылды (мәсәлән, Абакус 6.12.1 версиясе). Өске һәм аскы катламнарны модельләштерү өчен гадиләштерелгән интеграцияләнгән 3D гекседраль каты элементлар (C3D8R) кулланылды, һәм арадаш (конвейк) такталар структурасын модельләштерү өчен сызыклы тетрадраль элементлар (C3D4) кулланылды. Сетның конвергенциясен сынап карау өчен, без сизгерлеккә анализ ясадык һәм күчерү нәтиҗәләре өч катлам арасында иң кечкенә функция зурлыгына әйләнде дигән нәтиҗәгә килдек. Сандвич тәлинкәсе синусоидаль йөкләү функциясе ярдәмендә йөкләнә, дүрт кырда ирекле тәэмин ителгән чик шартларын исәпкә алып. Сызыклы эластик механик тәртип барлык катламнарга билгеләнгән материаль модель булып санала. Катламнар арасында конкрет контакт юк, алар үзара бәйләнгән.
Без үзебезнең прототипны ясау өчен 3D басма техникасын кулландык (ягъни өч тапкыр басылган аксетик үзәк сандвич панель) һәм охшаш бөкләү шартларын (z-юнәлеш буенча бердәм йөк p) һәм чик шартларын куллану өчен тиешле эксперименталь көйләү. безнең аналитик карашта каралган (1 нче рәсем).
3D принтерда бастырылган сандвич панель ике тиредән (өске һәм аскы) һәм конвейк такталардан тора, аларның үлчәмнәре 1 таблицада күрсәтелгән, һәм Ultimaker 3 3D принтерында (Италия) чүпләү ысулы ярдәмендә җитештерелгән ( ФДМ). процессында технология кулланыла. Без 3D тәлинкә һәм төп ауксетик такталар структурасын бергә бастырдык, өске катламны аерым бастырдык. Әгәр дә бөтен дизайн берьюлы бастырылырга тиеш булса, бу ярдәмне бетерү процессында бернинди кыенлыклардан сакланырга ярдәм итә. 3D басмадан соң, ике аерым өлеш суперглу ярдәмендә бергә ябыштырыла. Без бу компонентларны полилактик кислотаны (PLA) кулланып иң югары инфилл тыгызлыкта (ягъни 100%) бастырып чыгардык, локальләштерелгән басма җитешсезлекләрен булдырмас өчен.
Гадәттәге кысу системасы безнең аналитик модельдә кабул ителгән шул ук гади ярдәм чик чикләрен охшата. Димәк, тарту системасы тактага аның кырлары буенча x һәм y юнәлешендә хәрәкәт итүне тыя, бу кырлар x һәм y күчәре тирәсендә иркен әйләнергә мөмкинлек бирә. Бу радиус r = h / 2 булган филесларны тотып алу системасының дүрт кырында карала (2 нче рәсем). Бу кысу системасы шулай ук кулланылган йөкнең сынау машинасыннан панельгә тулысынча күчерелүен һәм панельнең үзәк сызыгы белән тигезләнүен тәэмин итә (2 нче рәсем). Тоткыч системаны бастыру өчен без күп реактив 3D полиграфия технологиясен кулландык (ObjetJ735 Connex3, Stratasys® Ltd., АКШ) һәм каты коммерция резиналары (Веро сериясе кебек).
3D басылган махсус тарту системасының схематик схемасы һәм аны ауксетик үзәкле 3D басма сандвич панель белән җыю.
Без механик сынау эскәмиясен кулланып хәрәкәт белән идарә ителә торган квази-статик кысу сынауларын ясыйбыз һәм 20 Гц үрнәк алу дәрәҗәсендә машина көчләрен һәм күчерүләрен җыябыз.
Бу бүлектә тәкъдим ителгән сандвич структурасын санлы өйрәнү тәкъдим ителә. Өске һәм аскы катламнар углерод эпокси резинасыннан, һәм конвейк үзәгенең тактасы структурасы полимердан ясалган дип уйлыйбыз. Бу тикшеренүдә кулланылган материалларның механик үзлекләре 2-нче таблицада күрсәтелгән. Моннан тыш, күчерү нәтиҗәләренең һәм стресс кырларының үлчәмсез катнашлары 3-нче таблицада күрсәтелгән.
Бердәм йөкләнгән ирекле таянычның максималь вертикаль үлчәмсез күчүе төрле ысуллар белән алынган нәтиҗәләр белән чагыштырылды (таблица 4). Тәкъдим ителгән теория, чикләнгән элемент ысулы һәм эксперименталь тикшерү арасында яхшы килешү бар.
Без үзгәртелгән зигзаг теориясенең (RZT) вертикаль күчүен 3D эластиклык теориясе (Пагано), беренче тәртип кыру деформациясе теориясе (FSDT) һәм FEM нәтиҗәләре белән чагыштырдык (3 нче рәсемне кара). Беренче тәртипле кыру теориясе, калын күпкатлы тәлинкәләрнең күчерү схемаларына нигезләнеп, эластик эремәдән аерылып тора. Ләкин, үзгәртелгән зигзаг теориясе бик төгәл нәтиҗәләрне фаразлый. Моннан тыш, без шулай ук самолеттан тыш кыру стрессын һәм самолеттагы нормаль стрессны чагыштырдык, алар арасында зигзаг теориясе FSDT белән чагыштырганда төгәл нәтиҗәләргә иреште (4 нче рәсем).
Y = b / 2 төрле теорияләр ярдәмендә исәпләнгән нормальләштерелгән вертикаль штаммны чагыштыру.
Төрле теорияләр ярдәмендә исәпләнгән сандвич панель калынлыгы буенча кыру стрессының (а) һәм нормаль стрессның үзгәрүе.
Алга таба, без сандвич панельнең гомуми механик үзлекләренә конвейк үзәк белән берәмлек күзәнәгенең геометрик параметрларының йогынтысын анализладык. Берәмлек күзәнәк почмагы - реентрант такталар конструкциясендә иң мөһим геометрик параметр 34,35,36. Шуңа күрә, без берәмлек күзәнәк почмагының, шулай ук үзәк читендәге калынлыкның тәлинкәнең гомуми бозылуына тәэсирен исәпләдек (5 нче рәсем). Ара катламның калынлыгы арта барган саен, максималь үлчәмсез кимү кими. Калын үзәк катламнары өчен чагыштырмача бөкләнү көче һәм \ (\ frac {{h} _ {c}} {h} = 1 \) (ягъни, бер конвейк катлам булганда) арта. Ауксетик берәмлек күзәнәге булган сандвич панельләр (ягъни \ (\ theta = 70 ^ \ circ \)) иң кечкенә күчерелмәләргә ия (5 нче рәсем). Бу шуны күрсәтә: ауксетик үзәкнең бөкләнү көче гадәти ауксетик үзәккә караганда югарырак, ләкин азрак эффектив һәм уңай Poisson нисбәтенә ия.
Төрле берәмлек күзәнәк почмаклары һәм самолеттан тыш калынлыгы булган конвейк тактасының нормальләштерелгән.
Ауксетик торның үзәгенең калынлыгы һәм аспект коэффициенты (ягъни \ (\ theta = 70 ^ \ circ \)) сандвич тәлинкәсенең максималь күчерелүенә тәэсир итә (6-нчы рәсем). Күрергә була, тәлинкәнең максималь бозылуы h / l арту белән арта. Моннан тыш, аксетик үзәкнең калынлыгын арттыру конвейк структурасының күзәнәклеген киметә, шуның белән структураның бөкләнү көчен арттыра.
Төрле калынлыктагы һәм озынлыктагы ауксетик үзәкле такталар структуралары аркасында килеп чыккан сандвич панельләрнең максималь бозылуы.
Стресс кырларын өйрәнү - кызыклы өлкә, аны күпкатлы структураларның уңышсызлык режимнарын (мәсәлән, деламинацияләү) өйрәнү өчен берәмлек күзәнәгенең геометрик параметрларын үзгәртеп өйрәнеп була. Пойсонның катнашуы самолеттан тыш кыру стрессларына гадәти стресска караганда зуррак тәэсир итә (7 нче рәсемне кара). Моннан тыш, бу эффект төрле юнәлештә бертөрле түгел, бу подшипник материалының ортотропик үзлекләре аркасында. Башка геометрик параметрлар, мәсәлән, конвейк структураларының калынлыгы, биеклеге, озынлыгы стресс кырына аз тәэсир иттеләр, шуңа күрә алар бу тикшерүдә анализланмады.
Сандвич панельнең төрле катламнарындагы стресс компонентларының үзгәрүе.
Монда, звезаг теориясе ярдәмендә, иркен булышучы күпкатлы тәлинкәнең бөкләнү көче тикшерелә. Тәкъдим ителгән формуляция башка классик теорияләр белән чагыштырыла, шул исәптән өч үлчәмле эластиклык теориясе, беренче тәртипле кыру деформациясе теориясе һәм FEM. Без шулай ук үз ысулларыбызны 3D басма сандвич структураларындагы эксперименталь нәтиҗәләр белән чагыштырып раслыйбыз. Безнең нәтиҗәләр шуны күрсәтә: зигзаг теориясе бөкләнгән йөкләр астында уртача калынлыктагы сандвич структураларының деформациясен алдан әйтә белә. Моннан тыш, конвейк тактасы структурасының геометрик параметрларының сандвич панельләренең бөкләнү тәртибенә йогынтысы анализланды. Нәтиҗә шуны күрсәтә: ауксетик дәрәҗә арткан саен (ягъни, θ <90), бөкләү көче арта. Моннан тыш, аспект коэффициентын арттыру һәм үзәк калынлыгын киметү сандвич панельнең бөкләнү көчен киметәчәк. Ниһаять, Poisson нисбәтенең самолеттан тыш кыру стрессына тәэсире өйрәнелә, һәм Poisson нисбәтенең ламинатланган тәлинкә калынлыгы аркасында барлыкка килгән стресска иң зур йогынты ясавы расланды. Тәкъдим ителгән формулалар һәм нәтиҗәләр аэрокосмик һәм биомедицина технологияләрендә йөк йөртүче корылмаларны проектлау өчен кирәк булган катлаулырак йөкләү шартларында конвейк такталар тутыргычлары булган күпкатлы структураларны проектлау һәм оптимальләштерү юлын ача ала.
Агымдагы өйрәнүдә кулланылган һәм / яки анализланган мәгълүматлар тиешле сорау буенча тиешле авторлардан бар.
Актай Л., Джонсон АФ һәм Креплин Б. Х. Бал кортларының юк итү үзенчәлекләрен санлы симуляцияләү. инженер. фрактал. мех. 75 (9), 2616–2630 (2008).
Гибсон Л.Ж. һәм Эшби М.Ф. Каты катламнар: структурасы һәм үзенчәлекләре (Кембридж университеты матбугаты, 1999).
Пост вакыты: 12-2023 август