Diolch am ymweld â Nature.com. Rydych chi'n defnyddio fersiwn porwr gyda chefnogaeth CSS gyfyngedig. I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod yn defnyddio porwr wedi'i ddiweddaru (neu analluogi Modd Cydnawsedd yn Internet Explorer). Yn y cyfamser, er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, rydym yn dangos y wefan heb arddulliau a JavaScript.
Defnyddir strwythurau panel rhyngosod yn eang mewn llawer o ddiwydiannau oherwydd eu priodweddau mecanyddol uchel. Mae rhyng-haen y strwythurau hyn yn ffactor pwysig iawn wrth reoli a gwella eu priodweddau mecanyddol o dan amodau llwytho amrywiol. Mae strwythurau dellt ceugrwm yn ymgeiswyr rhagorol i'w defnyddio fel rhynghaenau mewn strwythurau rhyngosod o'r fath am nifer o resymau, sef i diwnio eu hydwythedd (ee, gwerthoedd cymhareb Poisson ac anystwythder elastig) a hydwythedd (ee, hydwythedd uchel) ar gyfer symlrwydd. Cyflawnir priodweddau'r gymhareb cryfder-i-bwysau trwy addasu'r elfennau geometrig sy'n rhan o'r gell uned yn unig. Yma, rydym yn ymchwilio i ymateb hyblyg panel rhyngosod craidd ceugrwm 3-haen gan ddefnyddio profion dadansoddol (hy, damcaniaeth igam-ogam), cyfrifiadol (hy, elfen gyfyngedig) ac arbrofol. Fe wnaethom hefyd ddadansoddi effaith paramedrau geometrig amrywiol y strwythur dellt ceugrwm (ee ongl, trwch, cymhareb hyd celloedd uned i uchder) ar ymddygiad mecanyddol cyffredinol y strwythur rhyngosod. Rydym wedi canfod bod strwythurau craidd ag ymddygiad auxetig (hy cymhareb negyddol Poisson) yn dangos cryfder hyblyg uwch ac ychydig iawn o straen cneifio allan o'r awyren o gymharu â rhwyllau confensiynol. Mae’n bosibl y bydd ein canfyddiadau’n paratoi’r ffordd ar gyfer datblygu strwythurau amlhaenog peirianyddol uwch gyda delltau craidd pensaernïol ar gyfer cymwysiadau awyrofod a biofeddygol.
Oherwydd eu cryfder uchel a'u pwysau isel, defnyddir strwythurau rhyngosod yn eang mewn llawer o ddiwydiannau, gan gynnwys dylunio offer mecanyddol a chwaraeon, peirianneg forol, awyrofod a biofeddygol. Mae strwythurau dellt ceugrwm yn un ymgeisydd posibl sy'n cael ei ystyried fel haenau craidd mewn strwythurau cyfansawdd o'r fath oherwydd eu gallu i amsugno egni uwch a'u priodweddau cymhareb cryfder-i-bwysau uchel1,2,3. Yn y gorffennol, gwnaed ymdrechion mawr i ddylunio strwythurau brechdanau ysgafn gyda dellt ceugrwm i wella'r priodweddau mecanyddol ymhellach. Mae enghreifftiau o ddyluniadau o'r fath yn cynnwys llwythi gwasgedd uchel mewn cyrff llongau ac amsugnwyr sioc mewn ceir4,5. Y rheswm pam mae'r strwythur dellt ceugrwm yn boblogaidd iawn, yn unigryw ac yn addas ar gyfer adeiladu paneli rhyngosod yw ei allu i diwnio ei briodweddau elastomecanyddol yn annibynnol (ee anystwythder elastig a chymhariaeth Poisson). Un nodwedd ddiddorol o'r fath yw'r ymddygiad auxetic (neu gymhareb negyddol Poisson), sy'n cyfeirio at ehangiad ochrol strwythur dellt pan gaiff ei ymestyn yn hydredol. Mae'r ymddygiad anarferol hwn yn gysylltiedig â chynllun microstrwythurol ei gelloedd elfennol cyfansoddol7,8,9.
Ers ymchwil cychwynnol Lakes i gynhyrchu ewynau auxetic, gwnaed ymdrechion sylweddol i ddatblygu strwythurau mandyllog gyda chymhareb negyddol Poisson10,11. Mae sawl geometreg wedi'u cynnig i gyflawni'r nod hwn, megis celloedd uned gylchdroi cirol, lled-anhyblyg, ac anhyblyg,12 ac mae pob un ohonynt yn arddangos ymddygiad auxetic. Mae dyfodiad technolegau gweithgynhyrchu ychwanegion (AM, a elwir hefyd yn argraffu 3D) hefyd wedi hwyluso gweithrediad y strwythurau auxetic 2D neu 3D hyn13.
Mae'r ymddygiad auxetic yn darparu priodweddau mecanyddol unigryw. Er enghraifft, mae Lakes and Elms14 wedi dangos bod gan ewynnau auxetic gryfder cynnyrch uwch, gallu amsugno ynni effaith uwch, a stiffnessrwydd is nag ewynau confensiynol. O ran priodweddau mecanyddol deinamig ewynau auxetic, maent yn dangos ymwrthedd uwch o dan lwythi torri deinamig ac elongation uwch o dan densiwn pur15. Yn ogystal, bydd defnyddio ffibrau auxetic fel deunyddiau atgyfnerthu mewn cyfansoddion cyfansawdd yn gwella eu priodweddau mecanyddol16 a'u gallu i wrthsefyll difrod a achosir gan ymestyn ffibr17.
Mae ymchwil hefyd wedi dangos y gall defnyddio strwythurau auxetic ceugrwm fel craidd strwythurau cyfansawdd crwm wella eu perfformiad y tu allan i'r awyren, gan gynnwys anystwythder a chryfder hyblyg18. Gan ddefnyddio model haenog, gwelwyd hefyd y gall craidd auxetig gynyddu cryfder torri asgwrn paneli cyfansawdd19. Mae cyfansoddion â ffibrau auxetic hefyd yn atal ymlediad crac o'i gymharu â ffibrau confensiynol20.
Modelodd Zhang et al.21 ymddygiad gwrthdrawiad deinamig strwythurau celloedd dychwelyd. Canfuwyd y gellid gwella amsugno foltedd ac egni trwy gynyddu ongl y gell uned auxetic, gan arwain at gratio â chymhareb Poisson yn fwy negyddol. Roeddent hefyd yn awgrymu y gellid defnyddio paneli rhyngosod auxetic o'r fath fel strwythurau amddiffynnol rhag llwythi effaith cyfradd straen uchel. Dywedodd Imbalzano et al.22 hefyd y gall dalennau cyfansawdd auxetic wasgaru mwy o egni (hy dwywaith cymaint) trwy ddadffurfiad plastig a gallant leihau'r cyflymder uchaf ar y cefn gan 70% o'i gymharu â thaflenni haen sengl.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, rhoddwyd llawer o sylw i astudiaethau rhifiadol ac arbrofol o strwythurau rhyngosod gyda llenwad auxetic. Mae'r astudiaethau hyn yn amlygu ffyrdd o wella priodweddau mecanyddol y strwythurau rhyngosod hyn. Er enghraifft, gall ystyried haen auxetic digon trwchus fel craidd panel rhyngosod arwain at fodwlws Young sy'n fwy effeithiol na'r haen anystwythaf23. Yn ogystal, gellir gwella ymddygiad plygu trawstiau wedi'u lamineiddio 24 neu diwbiau craidd auxetic 25 gyda'r algorithm optimization. Mae astudiaethau eraill ar brofi mecanyddol strwythurau rhyngosod craidd y gellir eu hehangu o dan lwythi mwy cymhleth. Er enghraifft, profion cywasgu ar gyfansoddion concrit ag agregau auxetig, paneli rhyngosod o dan lwythi ffrwydrol27, profion plygu28 a phrofion effaith cyflymder isel29, yn ogystal â dadansoddiad o blygu aflinol paneli rhyngosod ag agregau auxetig wedi'u gwahaniaethu'n swyddogaethol30.
Oherwydd bod efelychiadau cyfrifiadurol a gwerthusiadau arbrofol o ddyluniadau o'r fath yn aml yn cymryd llawer o amser ac yn gostus, mae angen datblygu dulliau damcaniaethol a all ddarparu'r wybodaeth sydd ei hangen yn effeithlon ac yn gywir i ddylunio strwythurau craidd auxetic amlhaenog o dan amodau llwytho mympwyol. amser rhesymol. Fodd bynnag, mae gan ddulliau dadansoddi modern nifer o gyfyngiadau. Yn benodol, nid yw'r damcaniaethau hyn yn ddigon cywir i ragfynegi ymddygiad deunyddiau cyfansawdd cymharol drwchus ac i ddadansoddi cyfansoddion sy'n cynnwys nifer o ddeunyddiau â phriodweddau elastig gwahanol iawn.
Gan fod y modelau dadansoddol hyn yn dibynnu ar lwythi cymhwysol ac amodau ffiniau, yma byddwn yn canolbwyntio ar ymddygiad hyblyg paneli rhyngosod craidd auxetic. Ni all y ddamcaniaeth haen sengl gyfatebol a ddefnyddir ar gyfer dadansoddiadau o'r fath ragweld yn gywir straen cneifio ac echelinol mewn laminiadau hynod anunrhywiol mewn cyfansoddion rhyngosod o drwch cymedrol. Ar ben hynny, mewn rhai damcaniaethau (er enghraifft, yn y theori haenog), mae nifer y newidynnau cinematig (er enghraifft, dadleoli, cyflymder, ac ati) yn dibynnu'n gryf ar nifer yr haenau. Mae hyn yn golygu y gellir disgrifio maes mudiant pob haen yn annibynnol, tra'n bodloni rhai cyfyngiadau parhad corfforol. Felly, mae hyn yn arwain at ystyried nifer fawr o newidynnau yn y model, sy'n gwneud y dull hwn yn ddrud yn gyfrifiadol. Er mwyn goresgyn y cyfyngiadau hyn, rydym yn cynnig dull gweithredu sy'n seiliedig ar ddamcaniaeth igam-ogam, sef is-ddosbarth penodol o ddamcaniaeth aml-lefel. Mae'r ddamcaniaeth yn darparu parhad straen cneifio trwy gydol trwch y laminiad, gan dybio patrwm igam ogam o ddadleoliadau mewn awyren. Felly, mae'r ddamcaniaeth igam-ogam yn rhoi'r un nifer o newidynnau cinematig waeth faint o haenau yn y laminiad.
Er mwyn dangos pŵer ein dull o ragfynegi ymddygiad paneli rhyngosod gyda creiddiau ceugrwm o dan lwythi plygu, gwnaethom gymharu ein canlyniadau â damcaniaethau clasurol (hy ein hymagwedd â modelau cyfrifiannol (hy elfennau meidraidd) a data arbrofol (hy plygu tri phwynt o Paneli rhyngosod printiedig 3D). paramedrau geometrig paneli rhyngosod gyda llenwyr auxetic, gan hwyluso'r chwilio am strwythurau gyda gwell priodweddau mecanyddol.
Ystyriwch banel rhyngosod tair haen (Ffig. 1). Paramedrau dylunio geometrig: haen uchaf \({h}_{t}\), haen ganol \({h}_{c}\) a haen isaf \({h}_{ b}\) trwch. Rydym yn damcaniaethu bod y craidd strwythurol yn cynnwys strwythur delltog. Mae'r strwythur yn cynnwys celloedd elfennol wedi'u trefnu wrth ymyl ei gilydd mewn modd trefnus. Trwy newid paramedrau geometrig strwythur ceugrwm, mae'n bosibl newid ei briodweddau mecanyddol (hy, gwerthoedd cymhareb Poisson ac anystwythder elastig). Dangosir paramedrau geometregol y gell elfennol yn Ffigys. 1 gan gynnwys ongl (θ), hyd (h), uchder (L) a thrwch colofn (t).
Mae'r ddamcaniaeth igam-ogam yn darparu rhagfynegiadau cywir iawn o ymddygiad straen a straen strwythurau cyfansawdd haenog o drwch cymedrol. Mae dadleoliad strwythurol yn y ddamcaniaeth igam-ogam yn cynnwys dwy ran. Mae'r rhan gyntaf yn dangos ymddygiad y panel rhyngosod yn ei gyfanrwydd, tra bod yr ail ran yn edrych ar yr ymddygiad rhwng haenau i sicrhau parhad straen cneifio (neu'r swyddogaeth igam-ogam fel y'i gelwir). Yn ogystal, mae'r elfen igam-ogam yn diflannu ar wyneb allanol y laminiad, ac nid y tu mewn i'r haen hon. Felly, mae'r swyddogaeth igam-ogam yn sicrhau bod pob haen yn cyfrannu at gyfanswm y dadffurfiad trawsdoriadol. Mae'r gwahaniaeth pwysig hwn yn darparu dosbarthiad ffisegol mwy realistig o'r ffwythiant igam-ogam o'i gymharu â swyddogaethau igam-ogam eraill. Nid yw'r model igam-ogam wedi'i addasu ar hyn o bryd yn darparu parhad straen cneifio traws ar hyd yr haen ganolraddol. Felly, gellir ysgrifennu'r maes dadleoli sy'n seiliedig ar y ddamcaniaeth igam-ogam fel a ganlyn31.
yn yr hafaliad. Mae (1), k=b, c ac t yn cynrychioli'r haenau gwaelod, canol ac uchaf, yn y drefn honno. Maes dadleoli'r plân cymedrig ar hyd yr echelin Cartesaidd (x, y, z) yw (u, v, w), a'r cylchdro plygu yn yr awyren o amgylch yr echelin (x, y) yw \({ \uptheta} _ {x}\) a \({\uptheta}_{y}\). Mae \({\psi}_{x}\) a \({\psi}_{y}\) yn feintiau gofodol o gylchdro igam-ogam, ac mae \({\phi}_{x}^{k}\ ar y chwith ( z \right) \) a \({\phi}_{y}^{k}\left(z\right)\) yn swyddogaethau igam-ogam.
Mae osgled y igam-ogam yn swyddogaeth fector o ymateb gwirioneddol y plât i'r llwyth cymhwysol. Maent yn darparu graddfa briodol o'r ffwythiant igam-ogam, a thrwy hynny'n rheoli cyfraniad cyffredinol yr igam ogam i'r dadleoliad yn yr awyren. Mae straen cneifio ar draws trwch y plât yn cynnwys dwy gydran. Y rhan gyntaf yw'r ongl cneifio, unffurf ar draws trwch y laminiad, ac mae'r ail ran yn swyddogaeth gyson piecewise, unffurf ar draws trwch pob haen unigol. Yn ôl y swyddogaethau cyson fesul tipyn hyn, gellir ysgrifennu swyddogaeth igam-ogam pob haen fel:
yn yr hafaliad. (2), \({c}_{11}^{k}\) a \({c}_{22}^{k}\) yw cysonion elastigedd pob haen, ac h yw cyfanswm trwch y ddisg. Yn ogystal, \({G}_{x}\) a \({G}_{y}\) yw'r cyfernodau anystwythder cneifio cyfartalog pwysol, wedi'u mynegi fel 31:
Mae'r ddwy ffwythiant osgled igam-ogam (Hyaliad (3)) a'r pum newidyn cinematig sy'n weddill (Hyaliad (2)) o'r ddamcaniaeth anffurfiad cneifio gorchymyn cyntaf yn cynnwys set o saith cinemateg sy'n gysylltiedig â'r newidyn theori plât igam-ogam addasedig hwn. Gan dybio bod yr anffurfiad yn dibynnu'n llinol a chan ystyried y ddamcaniaeth igam-ogam, gellir cael y maes dadffurfiad yn y system gydlynu Cartesaidd fel:
lle mae \({\varepsilon}_{bb}\) a \({\varepsilon}_{xx}\) yn anffurfiannau arferol, a \({\gamma}_{yz},{\gamma}_{xz}) \ ) a \({ \gamma}_{xy}\) yn anffurfiannau cneifio.
Gan ddefnyddio cyfraith Hooke a chan ystyried y ddamcaniaeth igam-ogam, gellir cael y berthynas rhwng straen a straen plât orthotropig â strwythur dellt ceugrwm o hafaliad (1). (5)32 lle \({c}_{ij}\) yw cysonyn elastig y matrics straen-straen.
lle mae \({G}_{ij}^{k}\), \({E}_{ij}^{k}\) a \({v}_{ij}^{k}\) yn cael eu torri grym yw'r modwlws i wahanol gyfeiriadau, modwlws Young a chymhareb Poisson. Mae'r cyfernodau hyn yn gyfartal i bob cyfeiriad ar gyfer yr haen isotopig. Yn ogystal, ar gyfer cnewyllyn dychwelyd y dellt, fel y dangosir yn Ffig. 1, gellir ailysgrifennu'r priodweddau hyn fel 33.
Mae cymhwyso egwyddor Hamilton i hafaliadau mudiant plât amlhaenog gyda chraidd dellt ceugrwm yn darparu'r hafaliadau sylfaenol ar gyfer y dyluniad. Gellir ysgrifennu egwyddor Hamilton fel:
Yn eu plith, mae δ yn cynrychioli'r gweithredwr amrywiadol, mae U yn cynrychioli'r egni potensial straen, ac mae W yn cynrychioli'r gwaith a wneir gan y grym allanol. Mae cyfanswm egni straen potensial yn cael ei gael gan ddefnyddio'r hafaliad. (9), lle A yw rhanbarth y plân canolrif.
Gan dybio bod y llwyth (p) yn cael ei gymhwyso'n unffurf i'r cyfeiriad z, gellir cael gwaith y grym allanol o'r fformiwla ganlynol:
Amnewid yr hafaliad Hafaliadau (4) a (5) (9) a disodli'r hafaliad. (9) a (10) (8) ac integreiddio dros drwch y plât, gellir ailysgrifennu'r hafaliad: (8) fel:
Mae'r mynegai \(\phi\) yn cynrychioli'r ffwythiant igam-ogam, \({N}_{ij}\) a \({Q}_{iz}\) yn rymoedd i mewn ac allan o'r awyren, \({M} _{ij }\) yn cynrychioli moment plygu, ac mae'r fformiwla gyfrifo fel a ganlyn:
Cymhwyso integreiddiad fesul rhan i'r hafaliad. Gan roi yn fformiwla (12) a chyfrifo'r cyfernod amrywiad, gellir cael hafaliad diffiniol y panel rhyngosod ar ffurf fformiwla (12). (13).
Mae'r hafaliadau rheoli gwahaniaethol ar gyfer platiau tair haen a gefnogir yn rhydd yn cael eu datrys gan ddull Galerkin. O dan y rhagdybiaeth o amodau lled-statig, ystyrir y swyddogaeth anhysbys fel hafaliad: (14).
\({u}_{m,n}\), \({v}_{m,n}\), \({w}_{m,n}\),\({{\uptheta}_ { \mathrm {x}}}_{ \mathrm {m} \text{,n}}\), \({{ \uptheta }_{ \mathrm {y}}}_{\mathrm {m} \text {,n}}\), \({{\uppsi}_{\mathrm{x}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) a \({{\uppsi}_{ Mae \mathrm{y}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) yn gysonion anhysbys y gellir eu cael trwy leihau'r gwall. \(\overline{\overline{u}} \left({x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{v}} \left({x{\text) {,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{w}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline {{{\uptheta}_{x}}}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{{{\uptheta}_{y} }}} \chwith( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{{\psi_{x}}}} \chwith( {x{\text{,) y}}} \right) \) a \(\overline{\overline{{ \psi_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\) yn swyddogaethau prawf, sy'n gorfod bodloni'r amodau terfyn gofynnol. Ar gyfer amodau ffin a gefnogir yn unig, gellir ailgyfrifo'r swyddogaeth brawf fel:
Mae amnewid hafaliadau yn rhoi hafaliadau algebraidd. (14) i'r hafaliadau llywodraethu, a all arwain at gael cyfernodau anhysbys mewn hafaliad (14). (14).
Rydym yn defnyddio modelu elfennau meidraidd (FEM) i efelychu plygu panel rhyngosod â chymorth rhydd gyda strwythur dellt ceugrwm fel y craidd. Perfformiwyd y dadansoddiad mewn cod elfen feidraidd fasnachol (er enghraifft, fersiwn Abaqus 6.12.1). Defnyddiwyd elfennau solet hecsahedral 3D (C3D8R) gydag integreiddio symlach i fodelu'r haenau uchaf a gwaelod, a defnyddiwyd elfennau tetrahedrol llinol (C3D4) i fodelu'r strwythur dellt canolradd (ceugrwm). Cynhaliwyd dadansoddiad sensitifrwydd rhwyll i brofi cydgyfeiriant y rhwyll a daethom i'r casgliad bod y canlyniadau dadleoli yn cydgyfeirio ar y maint nodwedd lleiaf ymhlith y tair haen. Mae'r plât rhyngosod yn cael ei lwytho gan ddefnyddio'r swyddogaeth llwyth sinwsoidal, gan ystyried yr amodau terfyn a gefnogir yn rhydd ar y pedair ymyl. Mae'r ymddygiad mecanyddol elastig llinol yn cael ei ystyried yn fodel materol wedi'i neilltuo i bob haen. Nid oes unrhyw gyswllt penodol rhwng yr haenau, maent yn rhyng-gysylltiedig.
Fe wnaethom ddefnyddio technegau argraffu 3D i greu ein prototeip (hy panel brechdan craidd auxetic printiedig triphlyg) a gosodiad arbrofol arferol cyfatebol i gymhwyso amodau plygu tebyg (llwyth unffurf p ar hyd y cyfeiriad z) ac amodau terfyn (hy dim ond wedi'i gefnogi). tybir yn ein dull dadansoddol (Ffig. 1).
Mae'r panel rhyngosod a argraffwyd ar argraffydd 3D yn cynnwys dau grwyn (uwch ac isaf) a chraidd dellt ceugrwm, y dangosir ei ddimensiynau yn Nhabl 1, ac fe'i gweithgynhyrchwyd ar argraffydd Ultimaker 3 3D (yr Eidal) gan ddefnyddio'r dull dyddodiad ( FDM). defnyddir technoleg yn ei broses. Fe wnaethom argraffu 3D y plât sylfaen a'r prif strwythur dellt auxetic gyda'i gilydd, ac argraffu'r haen uchaf ar wahân. Mae hyn yn helpu i osgoi unrhyw gymhlethdodau yn ystod y broses tynnu cymorth os oes rhaid argraffu'r dyluniad cyfan ar unwaith. Ar ôl argraffu 3D, mae dwy ran ar wahân yn cael eu gludo gyda'i gilydd gan ddefnyddio superglue. Fe wnaethom argraffu'r cydrannau hyn gan ddefnyddio asid polylactig (PLA) ar y dwysedd mewnlenwi uchaf (hy 100%) i atal unrhyw ddiffygion argraffu lleol.
Mae'r system clampio arferol yn dynwared yr un amodau ffin cymorth syml a fabwysiadwyd yn ein model dadansoddol. Mae hyn yn golygu bod y system afael yn atal y bwrdd rhag symud ar hyd ei ymylon yn y cyfarwyddiadau x ac y, gan ganiatáu i'r ymylon hyn gylchdroi'n rhydd o amgylch yr echelinau x ac y. Gwneir hyn drwy ystyried ffiledau â radiws r = h/2 ar bedwar ymyl y system afael (Ffig. 2). Mae'r system clampio hon hefyd yn sicrhau bod y llwyth cymhwysol yn cael ei drosglwyddo'n llawn o'r peiriant profi i'r panel a'i alinio â llinell ganol y panel (ffig. 2). Defnyddiwyd technoleg argraffu 3D aml-jet (ObjetJ735 Connex3, Stratasys® Ltd., UDA) a resinau masnachol anhyblyg (fel cyfres Vero) i argraffu'r system gafael.
Diagram sgematig o system afaelgar wedi'i hargraffu 3D wedi'i haddasu a'i chynulliad gyda phanel rhyngosod printiedig 3D gyda chraidd auxetic.
Rydym yn cynnal profion cywasgu lled-statig a reolir gan symudiadau gan ddefnyddio mainc prawf mecanyddol (Lloyd LR, cell llwyth = 100 N) ac yn casglu grymoedd peiriant a dadleoliadau ar gyfradd samplu o 20 Hz.
Mae'r adran hon yn cyflwyno astudiaeth rifiadol o'r strwythur rhyngosod arfaethedig. Rydym yn tybio bod yr haenau uchaf a gwaelod yn cael eu gwneud o resin epocsi carbon, ac mae strwythur dellt y craidd ceugrwm wedi'i wneud o bolymer. Dangosir priodweddau mecanyddol y deunyddiau a ddefnyddiwyd yn yr astudiaeth hon yn Nhabl 2. Yn ogystal, dangosir cymarebau di-dimensiwn canlyniadau dadleoli a meysydd straen yn Nhabl 3.
Cymharwyd yr uchafswm dadleoliad fertigol di-dimensiwn o blât wedi'i lwytho'n unffurf a'i gynnal yn rhydd â'r canlyniadau a gafwyd trwy ddulliau gwahanol (Tabl 4). Mae cytundeb da rhwng y ddamcaniaeth arfaethedig, y dull elfen feidraidd a gwiriadau arbrofol.
Gwnaethom gymharu dadleoliad fertigol y ddamcaniaeth igam-ogam wedi'i haddasu (RZT) â theori elastigedd 3D (Pagano), theori anffurfiad cneifio gorchymyn cyntaf (FSDT), a chanlyniadau FEM (gweler Ffig. 3). Mae'r ddamcaniaeth cneifio gorchymyn cyntaf, sy'n seiliedig ar ddiagramau dadleoli platiau amlhaenog trwchus, yn fwyaf gwahanol i'r ateb elastig. Fodd bynnag, mae'r ddamcaniaeth igam-ogam wedi'i haddasu yn rhagweld canlyniadau cywir iawn. Yn ogystal, rydym hefyd yn cymharu straen cneifio y tu allan i'r awyren a straen arferol mewn awyren o ddamcaniaethau amrywiol, ymhlith y mae'r ddamcaniaeth igam-ogam cael canlyniadau mwy cywir na FSDT (Ffig. 4).
Cymhariaeth o straen fertigol normaleiddio wedi'i gyfrifo gan ddefnyddio gwahanol ddamcaniaethau ar y = b/2.
Newid mewn straen cneifio (a) a diriant normal (b) ar draws trwch panel brechdanau, wedi'i gyfrifo gan ddefnyddio damcaniaethau amrywiol.
Nesaf, dadansoddwyd dylanwad paramedrau geometrig y gell uned gyda chraidd ceugrwm ar briodweddau mecanyddol cyffredinol y panel rhyngosod. Ongl gell yr uned yw'r paramedr geometrig pwysicaf wrth ddylunio strwythurau dellt reentrant34,35,36. Felly, fe wnaethom gyfrifo dylanwad ongl gell yr uned, yn ogystal â'r trwch y tu allan i'r craidd, ar ddiffygiad llwyr y plât (Ffig. 5). Wrth i drwch yr haen ganolradd gynyddu, mae'r gwyriad di-dimensiwn mwyaf yn lleihau. Mae cryfder plygu cymharol yn cynyddu ar gyfer haenau craidd mwy trwchus a phryd \(\frac{{h}_{c}}{h}=1\) (hy, pan fo un haen ceugrwm). Paneli rhyngosod gyda chell uned auxetic (hy \(\theta =70^\circ\)) sydd â'r dadleoliadau lleiaf (Ffig. 5). Mae hyn yn dangos bod cryfder plygu'r craidd auxetic yn uwch na chryfder y craidd auxetic confensiynol, ond mae'n llai effeithlon ac mae ganddo gymhareb Poisson positif.
Uchafswm gwyriad normaledig o wialen dellt ceugrwm gyda gwahanol onglau celloedd uned a thrwch allan-o-awyren.
Mae trwch craidd y gratio auxetic a'r gymhareb agwedd (hy \(\theta=70^\circ\)) yn effeithio ar ddadleoliad mwyaf y plât rhyngosod (Ffigur 6). Gellir gweld bod gwyriad mwyaf y plât yn cynyddu gyda h/l cynyddol. Yn ogystal, mae cynyddu trwch y craidd auxetic yn lleihau mandylledd y strwythur ceugrwm, a thrwy hynny gynyddu cryfder plygu'r strwythur.
Yr allwyriad mwyaf o baneli rhyngosod a achosir gan strwythurau dellt gyda chraidd auxetic o wahanol drwch a hyd.
Mae astudio meysydd straen yn faes diddorol y gellir ei archwilio trwy newid paramedrau geometrig y gell uned i astudio dulliau methiant (ee, dadlaminiad) strwythurau amlhaenog. Mae cymhareb Poisson yn cael mwy o effaith ar faes straen cneifio allan-o-awyren na straen arferol (gweler Ffig. 7). Yn ogystal, mae'r effaith hon yn anhomogenaidd i wahanol gyfeiriadau oherwydd priodweddau orthotropig deunydd y rhwyllau hyn. Ychydig iawn o effaith a gafodd paramedrau geometrig eraill, megis trwch, uchder a hyd y strwythurau ceugrwm, ar y maes straen, felly ni chawsant eu dadansoddi yn yr astudiaeth hon.
Newid mewn cydrannau straen cneifio mewn gwahanol haenau o banel rhyngosod gyda llenwad dellt gydag onglau concavity gwahanol.
Yma, ymchwilir i gryfder plygu plât amlhaenog wedi'i gynnal yn rhydd gyda chraidd dellt ceugrwm gan ddefnyddio'r ddamcaniaeth igam-ogam. Mae'r fformiwleiddiad arfaethedig yn cael ei gymharu â damcaniaethau clasurol eraill, gan gynnwys theori elastigedd tri dimensiwn, theori anffurfio cneifio trefn gyntaf, a FEM. Rydym hefyd yn dilysu ein dull trwy gymharu ein canlyniadau â chanlyniadau arbrofol ar strwythurau brechdanau printiedig 3D. Mae ein canlyniadau'n dangos bod y ddamcaniaeth igam-ogam yn gallu rhagweld dadffurfiad strwythurau rhyngosod o drwch cymedrol o dan lwythi plygu. Yn ogystal, dadansoddwyd dylanwad paramedrau geometrig y strwythur dellt ceugrwm ar ymddygiad plygu paneli rhyngosod. Mae'r canlyniadau'n dangos, wrth i lefel yr auxetic gynyddu (hy, θ <90), mae'r cryfder plygu yn cynyddu. Yn ogystal, bydd cynyddu'r gymhareb agwedd a lleihau trwch y craidd yn lleihau cryfder plygu'r panel rhyngosod. Yn olaf, astudir effaith cymhareb Poisson ar straen cneifio y tu allan i'r awyren, a chadarnheir mai cymhareb Poisson sydd â'r dylanwad mwyaf ar y straen cneifio a gynhyrchir gan drwch y plât wedi'i lamineiddio. Gall y fformiwlâu a'r casgliadau arfaethedig agor y ffordd i ddylunio ac optimeiddio strwythurau amlhaenog gyda llenwyr dellt ceugrwm o dan amodau llwytho mwy cymhleth sy'n angenrheidiol ar gyfer dylunio strwythurau cynnal llwyth mewn technoleg awyrofod a biofeddygol.
Mae'r setiau data a ddefnyddiwyd a/neu a ddadansoddwyd yn yr astudiaeth gyfredol ar gael gan yr awduron priodol ar gais rhesymol.
Aktai L., Johnson AF a Kreplin B. Kh. Efelychiad rhifiadol o nodweddion dinistrio creiddiau diliau. peiriannydd. ffractal. ffwr. 75(9), 2616–2630 (2008).
Gibson LJ ac Ashby MF Porous Solids: Structure and Properties (Gwasg Prifysgol Caergrawnt, 1999).
Amser post: Awst-12-2023