Dankie dat jy Nature.com besoek het. Jy gebruik 'n blaaierweergawe met beperkte CSS-ondersteuning. Vir die beste ervaring, beveel ons aan dat jy 'n opgedateerde blaaier gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer deaktiveer). In die tussentyd, om deurlopende ondersteuning te verseker, wys ons die webwerf sonder style en JavaScript.
Toebroodjiepaneelstrukture word wyd in baie nywerhede gebruik as gevolg van hul hoë meganiese eienskappe. Die tussenlaag van hierdie strukture is 'n baie belangrike faktor in die beheer en verbetering van hul meganiese eienskappe onder verskeie laaitoestande. Konkawe roosterstrukture is uitstaande kandidate vir gebruik as tussenlae in sulke toebroodjiestrukture om verskeie redes, naamlik om hul elastisiteit (bv. Poisson se verhouding en elastiese styfheidswaardes) en rekbaarheid (bv. hoë elastisiteit) vir eenvoud af te stem. Die sterkte-tot-gewig verhouding eienskappe word verkry deur slegs die geometriese elemente wat die eenheidsel vorm aan te pas. Hier ondersoek ons die buigrespons van 'n 3-laag konkawe kern toebroodjiepaneel deur analitiese (dws sigsagteorie), berekenings- (dws eindige element) en eksperimentele toetse te gebruik. Ons het ook die effek van verskeie geometriese parameters van die konkawe roosterstruktuur (bv. hoek, dikte, eenheidsellengte tot hoogte verhouding) op die algehele meganiese gedrag van die toebroodjiestruktuur ontleed. Ons het gevind dat kernstrukture met auxetic gedrag (dws negatiewe Poisson se verhouding) hoër buigsterkte en minimale buite-vlak skuifspanning vertoon in vergelyking met konvensionele roosters. Ons bevindinge kan die weg baan vir die ontwikkeling van gevorderde gemanipuleerde meerlaagstrukture met argitektoniese kernroosters vir lugvaart- en biomediese toepassings.
As gevolg van hul hoë sterkte en lae gewig, word toebroodjiestrukture wyd gebruik in baie nywerhede, insluitend meganiese en sporttoerustingontwerp, mariene, lugvaart- en biomediese ingenieurswese. Konkawe roosterstrukture is een potensiële kandidaat wat as kernlae in sulke saamgestelde strukture beskou word as gevolg van hul superieure energie-absorpsievermoë en hoë sterkte-tot-gewig verhouding eienskappe1,2,3. In die verlede is groot pogings aangewend om liggewig toebroodjiestrukture met konkawe tralies te ontwerp om die meganiese eienskappe verder te verbeter. Voorbeelde van sulke ontwerpe sluit in hoëdrukladings in skeepsrompe en skokbrekers in motors4,5. Die rede waarom die konkawe traliestruktuur baie gewild, uniek en geskik is vir toebroodjiepaneelkonstruksie is sy vermoë om sy elastomeganiese eienskappe onafhanklik te verstel (bv. elastiese styfheid en Poisson-vergelyking). Een so 'n interessante eienskap is die auxetiese gedrag (of negatiewe Poisson se verhouding), wat verwys na die laterale uitbreiding van 'n traliestruktuur wanneer dit in die lengte gestrek word. Hierdie ongewone gedrag hou verband met die mikrostrukturele ontwerp van sy samestellende elementêre selle7,8,9.
Sedert Lakes se aanvanklike navorsing oor die vervaardiging van auxetiese skuim, is aansienlike pogings aangewend om poreuse strukture met 'n negatiewe Poisson-verhouding10,11 te ontwikkel. Verskeie geometrieë is voorgestel om hierdie doel te bereik, soos chirale, semi-rigiede en rigiede roterende eenheidselle,12 wat almal auxetiese gedrag vertoon. Die koms van bykomende vervaardigingstegnologie (AM, ook bekend as 3D-druk) het ook die implementering van hierdie 2D- of 3D-auxetiese strukture vergemaklik13.
Die auxetic gedrag bied unieke meganiese eienskappe. Lakes en Elms14 het byvoorbeeld getoon dat auxetiese skuim hoër opbrengssterkte, hoër impakenergie-absorpsievermoë en laer styfheid as konvensionele skuim het. Wat die dinamiese meganiese eienskappe van auxetiese skuim betref, toon dit hoër weerstand onder dinamiese breekbelastings en hoër verlenging onder suiwer spanning15. Daarbenewens sal die gebruik van auxetiese vesels as versterkingsmateriale in komposiete hul meganiese eienskappe16 en weerstand teen skade wat veroorsaak word deur veselstrek17 verbeter.
Navorsing het ook getoon dat die gebruik van konkawe auxetiese strukture as die kern van geboë saamgestelde strukture hul werkverrigting buite die vlak kan verbeter, insluitend buigstyfheid en sterkte18. Deur 'n gelaagde model te gebruik, is ook waargeneem dat 'n auxetiese kern die breuksterkte van saamgestelde panele kan verhoog19. Saamgestelde stowwe met auxetiese vesels voorkom ook kraakvoortplanting in vergelyking met konvensionele vesels20.
Zhang et al.21 het die dinamiese botsingsgedrag van terugkerende selstrukture gemodelleer. Hulle het gevind dat spanning en energie-absorpsie verbeter kan word deur die hoek van die auxetic-eenheidsel te vergroot, wat lei tot 'n rooster met 'n meer negatiewe Poisson's-verhouding. Hulle het ook voorgestel dat sulke auxetiese toebroodjiepanele as beskermende strukture gebruik kan word teen hoë vervormingstempo impakladings. Imbalzano et al.22 het ook gerapporteer dat auxetiese saamgestelde velle meer energie (dus twee keer soveel) deur plastiese vervorming kan verdryf en topspoed aan die agterkant met 70% kan verminder in vergelyking met enkellaagplate.
In onlangse jare is baie aandag gegee aan numeriese en eksperimentele studies van toebroodjiestrukture met auxetic vuller. Hierdie studies beklemtoon maniere om die meganiese eienskappe van hierdie toebroodjiestrukture te verbeter. Byvoorbeeld, om 'n voldoende dik auxetiese laag as die kern van 'n toebroodjiepaneel te oorweeg, kan lei tot 'n hoër effektiewe Young se modulus as die styfste laag23. Daarbenewens kan die buiggedrag van gelamineerde balke 24 of auxetic-kernbuise 25 verbeter word met die optimaliseringsalgoritme. Daar is ander studies oor meganiese toetsing van uitbreidbare kerntoebroodjiestrukture onder meer komplekse vragte. Byvoorbeeld, kompressietoetsing van beton-samestellings met auxetiese aggregate, toebroodjiepanele onder plofbare ladings27, buigtoetse28 en lae-snelheid impaktoetse29, asook ontleding van nie-lineêre buiging van toebroodjiepanele met funksioneel gedifferensieerde auxetiese aggregate30.
Omdat rekenaarsimulasies en eksperimentele evaluasies van sulke ontwerpe dikwels tydrowend en duur is, is daar 'n behoefte om teoretiese metodes te ontwikkel wat doeltreffend en akkuraat die inligting kan verskaf wat nodig is om meerlaagse auxetiese kernstrukture onder arbitrêre laaitoestande te ontwerp. redelike tyd. Moderne analitiese metodes het egter 'n aantal beperkings. Hierdie teorieë is veral nie akkuraat genoeg om die gedrag van relatief dik saamgestelde materiale te voorspel en om samestellings wat uit verskeie materiale met wyd uiteenlopende elastiese eienskappe bestaan, te ontleed nie.
Aangesien hierdie analitiese modelle afhanklik is van toegepaste ladings en grenstoestande, sal ons hier fokus op die buiggedrag van toebroodjiepanele van die auxetiese kern. Die ekwivalente enkellaagteorie wat vir sulke ontledings gebruik word, kan nie skuif- en aksiale spannings korrek voorspel in hoogs inhomogene laminate in toebroodjie-komposiete van matige dikte nie. Verder, in sommige teorieë (byvoorbeeld in die gelaagde teorie), hang die aantal kinematiese veranderlikes (byvoorbeeld verplasing, snelheid, ens.) sterk af van die aantal lae. Dit beteken dat die bewegingsveld van elke laag onafhanklik beskryf kan word, terwyl sekere fisiese kontinuïteitsbeperkings bevredig word. Dit lei dus daartoe dat 'n groot aantal veranderlikes in die model in ag geneem word, wat hierdie benadering rekenkundig duur maak. Om hierdie beperkings te oorkom, stel ons 'n benadering voor wat gebaseer is op sigsagteorie, 'n spesifieke subklas van multivlakteorie. Die teorie verskaf kontinuïteit van skuifspanning dwarsdeur die dikte van die laminaat, met die veronderstelling dat 'n sigsagpatroon van in-vlak verplasings. Die sigsagteorie gee dus dieselfde aantal kinematiese veranderlikes ongeag die aantal lae in die laminaat.
Om die krag van ons metode in die voorspelling van die gedrag van toebroodjiepanele met konkawe kerns onder buigladings te demonstreer, het ons ons resultate vergelyk met klassieke teorieë (dws ons benadering met berekeningsmodelle (dws eindige elemente) en eksperimentele data (dws driepuntbuiging van 3D-gedrukte toebroodjiepanele). Vir hierdie doel het ons eers die verplasingsverhouding gebaseer op die sigsagteorie afgelei, en dan die konstitutiewe vergelykings verkry deur die Hamilton-beginsel te gebruik en dit opgelos met behulp van die Galerkin-metode. Die resultate wat verkry is, is 'n kragtige hulpmiddel vir ontwerp wat ooreenstem met geometriese parameters van toebroodjiepanele met auxetiese vullers, wat die soektog na strukture met verbeterde meganiese eienskappe vergemaklik.
Oorweeg 'n drie-laag toebroodjie paneel (Fig. 1). Meetkundige ontwerpparameters: boonste laag \({h}_{t}\), middellaag \({h}_{c}\) en onderste laag \({h}_{ b }\) dikte. Ons veronderstel dat die strukturele kern uit 'n ontpitte roosterstruktuur bestaan. Die struktuur bestaan uit elementêre selle wat op 'n geordende wyse langs mekaar gerangskik is. Deur die geometriese parameters van 'n konkawe struktuur te verander, is dit moontlik om die meganiese eienskappe daarvan te verander (dws die waardes van Poisson se verhouding en elastiese styfheid). Die geometriese parameters van die elementêre sel word in Fig. 1 insluitend hoek (θ), lengte (h), hoogte (L) en kolomdikte (t).
Die sigsagteorie verskaf baie akkurate voorspellings van die spanning- en vervormingsgedrag van gelaagde saamgestelde strukture van matige dikte. Strukturele verplasing in die sigsagteorie bestaan uit twee dele. Die eerste deel toon die gedrag van die toebroodjiepaneel as geheel, terwyl die tweede deel na die gedrag tussen lae kyk om skuifspanningskontinuïteit (of die sogenaamde sigsagfunksie) te verseker. Daarbenewens verdwyn die sigsagelement op die buitenste oppervlak van die laminaat, en nie binne hierdie laag nie. Die sigsagfunksie verseker dus dat elke laag bydra tot die totale deursnee-vervorming. Hierdie belangrike verskil verskaf 'n meer realistiese fisiese verspreiding van die sigsagfunksie in vergelyking met ander sigsagfunksies. Die huidige gemodifiseerde sigsagmodel verskaf nie dwarsskuifspanningkontinuïteit langs die tussenlaag nie. Daarom kan die verplasingsveld gebaseer op die sigsagteorie soos volg geskryf word31.
in die vergelyking. (1), k=b, c en t verteenwoordig onderskeidelik die onderste, middelste en boonste lae. Die verplasingsveld van die gemiddelde vlak langs die Cartesiese as (x, y, z) is (u, v, w), en die buigrotasie in die vlak om die (x, y)-as is \({\uptheta} _ {x}\) en \ ({\uptheta}_{y}\). \({\psi}_{x}\) en \({\psi}_{y}\) is ruimtelike hoeveelhede van sigsagrotasie, en \({\phi}_{x}^{k}\ links ( z \right)\) en \({\phi}_{y}^{k}\left(z\right)\) is sigsagfunksies.
Die amplitude van die sigsag is 'n vektorfunksie van die werklike reaksie van die plaat op die toegepaste las. Hulle verskaf 'n gepaste skaal van die sigsagfunksie, en beheer daardeur die algehele bydrae van die sigsag tot die verplasing in die vliegtuig. Skuifspanning oor die plaatdikte bestaan uit twee komponente. Die eerste deel is die skuifhoek, eenvormig oor die dikte van die laminaat, en die tweede deel is 'n stuksgewyse konstante funksie, eenvormig oor die dikte van elke individuele laag. Volgens hierdie stuksgewyse konstante funksies kan die sigsagfunksie van elke laag geskryf word as:
in die vergelyking. (2), \({c}_{11}^{k}\) en \({c}_{22}^{k}\) is die elastisiteitskonstantes van elke laag, en h is die totale dikte van die skyf. Daarbenewens is \({G}_{x}\) en \({G}_{y}\) die geweegde gemiddelde skuifstyfheidskoëffisiënte, uitgedruk as 31:
Die twee sigsag-amplitudefunksies (Vergelyking (3)) en die oorblywende vyf kinematiese veranderlikes (Vergelyking (2)) van die eerste-orde skuifvervormingsteorie vorm 'n stel van sewe kinematika wat met hierdie gewysigde sigsagplaatteorie-veranderlike geassosieer word. As 'n lineêre afhanklikheid van die vervorming aanvaar word en die sigsagteorie in ag geneem word, kan die vervormingsveld in die Cartesiese koördinaatstelsel verkry word as:
waar \({\varepsilon}_{yy}\) en \({\varepsilon}_{xx}\) normale vervormings is, en \({\gamma}_{yz},{\gamma}_{xz} \ ) en \({\gamma}_{xy}\) is skuifvervormings.
Deur Hooke se wet te gebruik en met inagneming van die sigsagteorie, kan die verband tussen spanning en vervorming van 'n ortotropiese plaat met 'n konkawe roosterstruktuur uit vergelyking (1) verkry word. (5)32 waar \({c}_{ij}\) die elastiese konstante van die spanning-rekmatriks is.
waar \({G}_{ij}^{k}\), \({E}_{ij}^{k}\) en \({v}_{ij}^{k}\) gesny word krag is die modulus in verskillende rigtings, Young se modulus en Poisson se verhouding. Hierdie koëffisiënte is gelyk in alle rigtings vir die isotopiese laag. Daarbenewens, vir die terugkerende kerne van die rooster, soos in Fig. 1 getoon, kan hierdie eienskappe as 33 herskryf word.
Toepassing van Hamilton se beginsel op die bewegingsvergelykings van 'n meerlaagplaat met 'n konkawe roosterkern verskaf die basiese vergelykings vir die ontwerp. Hamilton se beginsel kan geskryf word as:
Onder hulle verteenwoordig δ die variasie-operateur, U verteenwoordig die spanning potensiële energie, en W verteenwoordig die werk wat deur die eksterne krag verrig word. Die totale potensiële vervormingsenergie word verkry deur die vergelyking te gebruik. (9), waar A die gebied van die mediaanvlak is.
As 'n eenvormige aanwending van die las (p) in die z-rigting aanvaar word, kan die werk van die eksterne krag uit die volgende formule verkry word:
Vervanging van die vergelyking Vergelykings (4) en (5) (9) en vervang die vergelyking. (9) en (10) (8) en integreer oor die plaatdikte, kan die vergelyking: (8) herskryf word as:
Die indeks \(\phi\) verteenwoordig die sigsagfunksie, \({N}_{ij}\) en \({Q}_{iz}\) is kragte in en uit die vlak, \({M} _{ij }\) verteenwoordig 'n buigmoment, en die berekeningsformule is soos volg:
Die toepassing van integrasie deur dele op die vergelyking. Deur formule (12) te vervang en die variasiekoëffisiënt te bereken, kan die bepalende vergelyking van die toebroodjiepaneel in die vorm van formule (12) verkry word. (13).
Die differensiaalbeheervergelykings vir vry ondersteunde drielaagplate word deur die Galerkin-metode opgelos. Onder die aanname van kwasi-statiese toestande, word die onbekende funksie as 'n vergelyking beskou: (14).
\({u}_{m,n}\), \({v}_{m,n}\), \({w}_{m,n}\),\({{\uptheta}_ {\mathrm {x}}}_{\mathrm {m} \text{,n}}\),\({{\uptheta }_{\mathrm {y}}}_{\mathrm {m} \text {,n}}\), \({{\uppsi}_{\mathrm{x}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) en \({{\uppsi}_{ \mathrm{y}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) is onbekende konstantes wat verkry kan word deur die fout te minimaliseer. \(\overline{\overline{u}} \left({x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{v}} \left({x{\text) {,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{w}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline {{{\uptheta}_{x}}}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{{{\uptheta}_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{{\psi_{x}}}} \left( {x{\text{, y}}} \right)\) en \(\overline{\overline{{ \psi_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\) is toetsfunksies, wat aan die minimum nodige randvoorwaardes moet voldoen. Vir net ondersteunde randvoorwaardes, kan die toetsfunksie herbereken word as:
Vervanging van vergelykings gee algebraïese vergelykings. (14) na die beheervergelykings, wat kan lei tot die verkryging van onbekende koëffisiënte in vergelyking (14). (14).
Ons gebruik eindige elementmodellering (FEM) om die buiging van 'n vry ondersteunde toebroodjiepaneel met 'n konkawe roosterstruktuur as die kern te rekenaarsimuleer. Die analise is uitgevoer in 'n kommersiële eindige element-kode (byvoorbeeld Abaqus weergawe 6.12.1). 3D heksaëdriese soliede elemente (C3D8R) met vereenvoudigde integrasie is gebruik om die boonste en onderste lae te modelleer, en lineêre tetraëdriese elemente (C3D4) is gebruik om die intermediêre (konkawe) roosterstruktuur te modelleer. Ons het 'n maassensitiwiteitsanalise uitgevoer om die konvergensie van die maas te toets en tot die gevolgtrekking gekom dat die verplasingsresultate by die kleinste kenmerkgrootte onder die drie lae konvergeer. Die toebroodjieplaat word gelaai deur die sinusvormige lasfunksie te gebruik, met inagneming van die vrylik ondersteunde grenstoestande by die vier rande. Die lineêre elastiese meganiese gedrag word beskou as 'n materiaalmodel wat aan alle lae toegewys is. Daar is geen spesifieke kontak tussen die lae nie, hulle is onderling verbind.
Ons het 3D-druktegnieke gebruik om ons prototipe te skep (dws drievoudig gedrukte auxetic-kern toebroodjiepaneel) en ooreenstemmende pasgemaakte eksperimentele opstelling om soortgelyke buigtoestande (eenvormige las p langs die z-rigting) en grenstoestande toe te pas (dws . net ondersteun). aangeneem in ons analitiese benadering (Fig. 1).
Die toebroodjiepaneel wat op 'n 3D-drukker gedruk is, bestaan uit twee velle (boonste en onderste) en 'n konkawe traliekern, waarvan die afmetings in Tabel 1 getoon word, en is vervaardig op 'n Ultimaker 3 3D-drukker (Italië) deur gebruik te maak van die afsettingsmetode ( FDM). tegnologie word in die proses gebruik. Ons het die basisplaat en hoof auxetic traliestruktuur saam 3D gedruk en die boonste laag afsonderlik gedruk. Dit help om enige komplikasies tydens die ondersteuningsverwyderingsproses te vermy as die hele ontwerp gelyktydig gedruk moet word. Na 3D-drukwerk word twee afsonderlike dele met supergom aanmekaar geplak. Ons het hierdie komponente gedruk met behulp van polymelksuur (PLA) teen die hoogste invuldigtheid (dws 100%) om enige gelokaliseerde drukfoute te voorkom.
Die pasgemaakte klemstelsel boots dieselfde eenvoudige ondersteuningsgrensvoorwaardes na wat in ons analitiese model aangeneem is. Dit beteken dat die grypstelsel verhoed dat die bord langs sy rande in die x- en y-rigtings beweeg, wat hierdie rande toelaat om vrylik om die x- en y-asse te draai. Dit word gedoen deur filette met radius r = h/2 by die vier rande van die grypstelsel te oorweeg (Fig. 2). Hierdie klemstelsel verseker ook dat die toegepaste las volledig van die toetsmasjien na die paneel oorgedra word en in lyn met die middellyn van die paneel (fig. 2). Ons het multi-jet 3D-druktegnologie (ObjetJ735 Connex3, Stratasys® Ltd., VSA) en rigiede kommersiële harse (soos die Vero-reeks) gebruik om die greepstelsel te druk.
Skematiese diagram van 'n 3D-gedrukte pasgemaakte grypstelsel en die samestelling daarvan met 'n 3D-gedrukte toebroodjiepaneel met 'n auxetic kern.
Ons voer bewegingsbeheerde kwasi-statiese kompressietoetse uit deur 'n meganiese toetsbank (Lloyd LR, laadsel = 100 N) te gebruik en versamel masjienkragte en verplasings teen 'n monstertempo van 20 Hz.
Hierdie afdeling bied 'n numeriese studie van die voorgestelde toebroodjiestruktuur aan. Ons neem aan dat die boonste en onderste lae van koolstofepoksiehars gemaak is, en die roosterstruktuur van die konkawe kern is van polimeer gemaak. Die meganiese eienskappe van die materiale wat in hierdie studie gebruik word, word in Tabel 2 getoon. Daarbenewens word die dimensielose verhoudings van verplasingsresultate en spanningsvelde in Tabel 3 getoon.
Die maksimum vertikale dimensielose verplasing van 'n eenvormig gelaaide vry ondersteunde plaat is vergelyk met die resultate wat deur verskillende metodes verkry is (Tabel 4). Daar is goeie ooreenstemming tussen die voorgestelde teorie, die eindige-elementmetode en eksperimentele verifikasies.
Ons het die vertikale verplasing van die gemodifiseerde sigsagteorie (RZT) vergelyk met 3D-elastisiteitsteorie (Pagano), eerste-orde skuifvervormingsteorie (FSDT) en FEM resultate (sien Fig. 3). Die eerste-orde skuifteorie, gebaseer op die verplasingsdiagramme van dik meerlaagplate, verskil die meeste van die elastiese oplossing. Die gewysigde sigsagteorie voorspel egter baie akkurate resultate. Daarbenewens het ons ook die buite-vlak skuifspanning en in-vlak normale spanning van verskeie teorieë vergelyk, waaronder die sigsagteorie meer akkurate resultate as FSDT verkry het (Fig. 4).
Vergelyking van genormaliseerde vertikale vervorming bereken deur gebruik te maak van verskillende teorieë by y = b/2.
Verandering in skuifspanning (a) en normaalspanning (b) oor die dikte van 'n toebroodjiepaneel, bereken deur verskeie teorieë te gebruik.
Vervolgens het ons die invloed van die meetkundige parameters van die eenheidsel met 'n konkawe kern op die algehele meganiese eienskappe van die toebroodjiepaneel ontleed. Die eenheidselhoek is die belangrikste geometriese parameter in die ontwerp van herintree-roosterstrukture34,35,36. Daarom het ons die invloed van die eenheidselhoek, sowel as die dikte buite die kern, op die totale defleksie van die plaat bereken (Fig. 5). Soos die dikte van die tussenlaag toeneem, neem die maksimum dimensielose defleksie af. Die relatiewe buigsterkte neem toe vir dikker kernlae en wanneer \(\frac{{h}_{c}}{h}=1\) (dws wanneer daar een konkawe laag is). Toebroodjiepanele met 'n auxetic eenheidsel (dws \(\theta =70^\circ\)) het die kleinste verplasings (Fig. 5). Dit wys dat die buigsterkte van die hulpkern hoër is as dié van die konvensionele hulpkern, maar minder doeltreffend is en 'n positiewe Poisson-verhouding het.
Genormaliseerde maksimum defleksie van 'n konkawe traliestaaf met verskillende eenheidselhoeke en buite-vlak dikte.
Die dikte van die kern van die hulprooster en die aspekverhouding (dws \(\theta=70^\circ\)) beïnvloed die maksimum verplasing van die toebroodjieplaat (Figuur 6). Dit kan gesien word dat die maksimum defleksie van die plaat toeneem met toenemende h/l. Daarbenewens verminder die verhoging van die dikte van die auxetic kern die porositeit van die konkawe struktuur, waardeur die buigsterkte van die struktuur verhoog word.
Die maksimum defleksie van toebroodjiepanele wat veroorsaak word deur traliestrukture met 'n auxetiese kern van verskillende diktes en lengtes.
Die studie van spanningsvelde is 'n interessante area wat verken kan word deur die geometriese parameters van die eenheidsel te verander om die mislukkingsmodusse (bv. delaminering) van meerlaagstrukture te bestudeer. Poisson se verhouding het 'n groter effek op die veld van buite-vlak skuifspannings as normale spanning (sien Fig. 7). Daarbenewens is hierdie effek inhomogeen in verskillende rigtings as gevolg van die ortotropiese eienskappe van die materiaal van hierdie roosters. Ander geometriese parameters, soos die dikte, hoogte en lengte van die konkawe strukture, het min effek op die spanningsveld gehad, daarom is hulle nie in hierdie studie ontleed nie.
Verandering in skuifspanningskomponente in verskillende lae van 'n toebroodjiepaneel met 'n tralievuller met verskillende konkawiteitshoeke.
Hier word die buigsterkte van 'n vry ondersteunde meerlaagplaat met 'n konkawe traliekern ondersoek deur die sigsagteorie te gebruik. Die voorgestelde formulering word vergelyk met ander klassieke teorieë, insluitend driedimensionele elastisiteitsteorie, eerste-orde skuifvervormingsteorie en FEM. Ons bekragtig ook ons metode deur ons resultate met eksperimentele resultate op 3D-gedrukte toebroodjiestrukture te vergelyk. Ons resultate toon dat die sigsagteorie in staat is om die vervorming van toebroodjiestrukture van matige dikte onder buigladings te voorspel. Daarbenewens is die invloed van die geometriese parameters van die konkawe traliestruktuur op die buiggedrag van toebroodjiepanele ontleed. Die resultate toon dat soos die vlak van auxetic toeneem (dws θ <90), die buigsterkte toeneem. Daarbenewens sal die verhoging van die aspekverhouding en die vermindering van die dikte van die kern die buigsterkte van die toebroodjiepaneel verminder. Laastens word die effek van Poisson se verhouding op buite-vlak skuifspanning bestudeer, en dit word bevestig dat Poisson se verhouding die grootste invloed het op die skuifspanning wat deur die dikte van die gelamineerde plaat gegenereer word. Die voorgestelde formules en gevolgtrekkings kan die weg oopmaak vir die ontwerp en optimalisering van meerlaagstrukture met konkawe tralievullers onder meer komplekse lastoestande wat nodig is vir die ontwerp van lasdraende strukture in lugvaart- en biomediese tegnologie.
Die datastelle wat in die huidige studie gebruik en/of ontleed is, is op redelike versoek by die onderskeie outeurs beskikbaar.
Aktai L., Johnson AF en Kreplin B. Kh. Numeriese simulasie van die vernietigingseienskappe van heuningkoekkerne. ingenieur. fraktaal. pels. 75(9), 2616–2630 (2008).
Gibson LJ en Ashby MF Porous Solids: Structure and Properties (Cambridge University Press, 1999).
Plaas tyd: Aug-12-2023