Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com. Tha thu a’ cleachdadh dreach brobhsair le taic CSS cuibhrichte. Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brobhsair ùraichte (no cuir à comas Modh Co-chòrdalachd ann an Internet Explorer). Anns an eadar-ama, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, tha sinn a 'sealltainn na làraich gun stoidhlichean agus JavaScript.
Tha structaran pannal ceapaire air an cleachdadh gu farsaing ann an iomadh gnìomhachas air sgàth na feartan meacanaigeach àrd aca. Tha eadar-fhilleadh nan structaran sin na fheart glè chudromach ann a bhith a’ cumail smachd air agus a’ leasachadh am feartan meacanaigeach fo dhiofar shuidheachaidhean luchdachadh. Tha structaran leusair cuasach nan tagraichean air leth airson an cleachdadh mar eadar-fhilleadh ann an structaran ceapaire mar sin airson grunn adhbharan, is e sin an elasticity a ghleusadh (me, co-mheas Poisson agus luachan stiffness elastagach) agus ductility (me, àrd elasticity) airson sìmplidheachd. Tha na feartan co-mheas neart-gu-cuideam air an coileanadh le bhith ag atharrachadh dìreach na h-eileamaidean geoimeatrach a tha a’ dèanamh suas cealla an aonaid. An seo, bidh sinn a’ sgrùdadh freagairt sùbailte pannal ceapaire cridhe cuasach 3-còmhdach a’ cleachdadh deuchainnean anailis (ie, teòiridh zigzag), coimpiutaireachd (ie, eileamaid chrìochnaichte) agus deuchainnean deuchainneach. Rinn sinn mion-sgrùdadh cuideachd air a’ bhuaidh a bh’ aig diofar pharaimearan geoimeatrach air an structar lùbach cuasach (me ceàrn, tighead, fad aonad cealla gu co-mheas àirde) air giùlan meacanaigeach iomlan structar ceapaire. Tha sinn air faighinn a-mach gu bheil prìomh structaran le giùlan auxetic (ie co-mheas àicheil Poisson) a’ nochdadh neart sùbailte nas àirde agus glè bheag de chuideam rùsgaidh taobh a-muigh plèana an taca ri slatan-tomhais àbhaisteach. Is dòcha gun ullaich na co-dhùnaidhean againn an t-slighe airson leasachadh structaran ioma-fhilleadh innleadaireachd adhartach le uachdaran bunaiteach ailtireil airson aerospace agus tagraidhean bith-mheidigeach.
Air sgàth an neart àrd agus an cuideam ìosal, thathas a ’cleachdadh structaran ceapaire gu farsaing ann an iomadh gnìomhachas, a’ toirt a-steach dealbhadh uidheamachd meacanaigeach agus spòrs, mara, aerospace, agus innleadaireachd bith-mheidigeach. Tha structaran leusair cuasach mar aon tagraiche a dh’ fhaodadh a bhith air a mheas mar phrìomh shreathan ann an structaran co-dhèanta mar sin air sgàth an comas sùghaidh lùth nas fheàrr agus feartan co-mheas àrd neart-gu-cuideam1,2,3. San àm a dh’ fhalbh, chaidh oidhirpean mòra a dhèanamh gus structaran ceapaire aotrom a dhealbhadh le lattices cuasach gus tuilleadh leasachaidh a dhèanamh air feartan meacanaigeach. Tha eisimpleirean de dhealbhaidhean mar seo a’ toirt a-steach luchdan bruthadh àrd ann an sligean shoithichean agus glacadairean clisgeadh ann an càraichean4,5. Is e an t-adhbhar gu bheil an structar leusair cuasach mòr-chòrdte, gun samhail agus freagarrach airson togail pannal ceapaire gu bheil e comasach dha na feartan elasomechanical aige a ghleusadh gu neo-eisimeileach (me stiffness elastic agus coimeas Poisson). Is e aon de na feartan inntinneach sin an giùlan auxetic (no co-mheas àicheil Poisson), a tha a’ toirt iomradh air leudachadh taobhach structar glùine nuair a thèid a shìneadh gu fada. Tha an giùlan neo-àbhaisteach seo co-cheangailte ri dealbhadh meanbh-structarail a cheallan bunasach7,8,9.
Bhon chiad sgrùdadh a rinn Lakes air cinneasachadh foams auxetic, chaidh oidhirpean mòra a dhèanamh gus structaran porous a leasachadh le co-mheas àicheil Poisson10,11. Chaidh grunn gheoimeatraidh a mholadh gus an amas seo a choileanadh, leithid ceallan aonad cearcallach, leth-chruaidh, agus cruaidh,12 agus iad uile a’ nochdadh giùlan auxetic. Tha teachd teicneòlasan saothrachadh cuir-ris (AM, ris an canar cuideachd clò-bhualadh 3D) cuideachd air cuideachadh le buileachadh nan structaran auxetic 2D no 3D sin13.
Tha an giùlan auxetic a’ toirt seachad feartan meacanaigeach gun samhail. Mar eisimpleir, tha Lakes agus Elms14 air sealltainn gu bheil neart toraidh nas àirde aig foaman auxetic, comas sùghaidh lùth buaidh nas àirde, agus stiffness nas ìsle na foams àbhaisteach. A thaobh feartan meacanaigeach fiùghantach foams auxetic, tha iad a’ nochdadh strì nas àirde fo luchdan brisidh fiùghantach agus leudachadh nas àirde fo theannachadh fìor15. A bharrachd air an sin, leasaichidh cleachdadh snàithleach auxetic mar stuthan ath-neartachaidh ann an stuthan co-dhèanta am feartan meacanaigeach16 agus an aghaidh milleadh air adhbhrachadh le sìneadh fiber17.
Tha rannsachadh cuideachd air sealltainn gum faod a bhith a’ cleachdadh structaran auxetic cuasach mar chridhe structaran lùbte lùbte an coileanadh taobh a-muigh plèana a leasachadh, a’ gabhail a-steach stiffness flexural agus neart18. A’ cleachdadh modail le sreathan, thathas cuideachd air fhaicinn gum faod cridhe auxetic neart brisidh pannalan co-dhèanta àrdachadh19. Bidh companaidhean le snàithleach auxetic cuideachd a’ cur casg air iomadachadh sgàineadh an taca ri snàithleach àbhaisteach20.
Mhìnich Zhang et al.21 giùlan bualadh fiùghantach structaran cealla tilleadh. Fhuair iad a-mach gum faodadh bholtadh agus sùghadh lùth a bhith air a leasachadh le bhith ag àrdachadh ceàrn cealla an aonaid auxetic, a’ leantainn gu grating le co-mheas Poisson nas àicheil. Mhol iad cuideachd gum faodadh a leithid de phannalan ceapaire auxetic a bhith air an cleachdadh mar structaran dìon an aghaidh luchdan buaidh ìre cuideam àrd. Dh'aithris Imbalzano et al.22 cuideachd gum faod duilleagan co-dhèanta auxetic barrachd lùth a sgaoileadh (ie dà uair nas motha) tro dhì-dhealbhadh plastaig agus gun urrainn dhaibh an astar as àirde air a’ chùl a lughdachadh 70% an taca ri duilleagan ply singilte.
Anns na bliadhnachan mu dheireadh, chaidh mòran aire a thoirt do sgrùdaidhean àireamhach agus deuchainneach air structaran ceapaire le lìonadh auxetic. Tha na sgrùdaidhean sin a’ soilleireachadh dòighean air feartan meacanaigeach nan structaran ceapaire sin a leasachadh. Mar eisimpleir, le bhith a’ beachdachadh air còmhdach auxetic tiugh gu leòr mar chridhe pannal ceapaire dh’ fhaodadh modulus Young nas èifeachdaiche a thighinn gu buil na an ìre as làidire23. A bharrachd air an sin, faodar giùlan lùbadh sailean lannaichte 24 no pìoban cridhe auxetic 25 a leasachadh leis an algorithm optimization. Tha sgrùdaidhean eile ann air deuchainn meacanaigeach air structaran ceapaire cridhe a ghabhas leudachadh fo luchdan nas iom-fhillte. Mar eisimpleir, deuchainn teannachaidh de cho-phàirtean cruadhtan le cruinneachaidhean auxetic, panalan ceapaire fo luchdan spreadhaidh27, deuchainnean cromadh28 agus deuchainnean buaidh aig astar ìosal29, a bharrachd air mion-sgrùdadh air lùbadh neo-loidhneach de phannalan ceapaire le cruinneachaidhean auxetic eadar-dhealaichte a thaobh gnìomh30.
Leis gu bheil samhlaidhean coimpiutair agus measaidhean deuchainneach air na dealbhaidhean sin gu tric a’ caitheamh ùine agus cosgail, feumar dòighean teòiridheach a leasachadh a bheir seachad gu h-èifeachdach agus gu ceart am fiosrachadh a dh’ fheumar gus structaran bunaiteach ioma-fhilleadh a dhealbhadh fo chumhachan luchdachadh neo-riaghailteach. ùine reusanta. Ach, tha grunn chuingealachaidhean aig dòighean anailis ùr-nodha. Gu sònraichte, chan eil na teòiridhean sin ceart gu leòr airson ro-innse giùlan stuthan coimeasach tiugh agus gus mion-sgrùdadh a dhèanamh air stuthan co-dhèanta air an dèanamh suas de ghrunn stuthan le feartan elastagach eadar-dhealaichte.
Leis gu bheil na modalan anailis sin an urra ri luchdan gnìomhaichte agus suidheachaidhean crìche, an seo cuiridh sinn fòcas air giùlan sùbailte panalan ceapaire cridhe auxetic. Chan urrainn don teòiridh aon-fhillte co-ionann a thathar a’ cleachdadh airson mion-sgrùdaidhean mar sin ro-innse ceart a dhèanamh air cuideaman rùsgaidh is aiseach ann an lannan a tha gu math neo-sheòrsach ann an co-phàirtean ceapaire tiugh meadhanach. A bharrachd air an sin, ann an cuid de theòiridhean (mar eisimpleir, ann an teòiridh sreathach), tha an àireamh de chaochladairean cinematic (mar eisimpleir, gluasad, luaths, msaa) gu mòr an urra ris an àireamh de shreathan. Tha seo a’ ciallachadh gum faodar raon gluasad gach còmhdach a mhìneachadh gu neo-eisimeileach, agus aig an aon àm a’ sàsachadh cuid de chuingealachaidhean leantainneachd corporra. Mar sin, tha seo a 'leantainn gu bhith a' gabhail a-steach àireamh mhòr de chaochladairean anns a 'mhodail, a tha a' dèanamh an dòigh-obrach seo gu ìre daor. Gus faighinn thairis air na crìochan sin, tha sinn a’ moladh dòigh-obrach stèidhichte air teòiridh zigzag, fo-chlas sònraichte de theòiridh ioma-ìre. Tha an teòiridh a’ toirt seachad leantainneachd de chuideam rùsgaidh air feadh tiugh an laminate, a’ gabhail ris gu bheil pàtran zigzag de ghluasadan a-staigh. Mar sin, tha an teòiridh zigzag a 'toirt an aon àireamh de chaochladairean cinematic a dh' aindeoin an àireamh de shreathan anns an laminate.
Gus cumhachd ar dòigh a nochdadh ann a bhith a’ ro-innse giùlan pannalan ceapaire le coraichean cuasach fo luchdan cromadh, rinn sinn coimeas eadar ar toraidhean le teòiridhean clasaigeach (ie ar dòigh-obrach le modalan coimpiutaireachd (ie eileamaidean crìochnaichte) agus dàta deuchainneach (ie lùbadh trì puingean de Pannalan ceapaire clò-bhuailte 3D).Chun na crìche seo, fhuair sinn an toiseach an dàimh gluasaid stèidhichte air teòiridh zigzag, agus an uairsin fhuair sinn na co-aontaran bun-reachdail a’ cleachdadh prionnsapal Hamilton agus dh’ fhuasgail sinn iad le bhith a’ cleachdadh modh Galerkin. crìochan geoimeatrach de phannalan ceapaire le lìonaichean auxetic, a’ comasachadh lorg structaran le feartan meacanaigeach leasaichte.
Beachdaich air pannal ceapaire trì-fhilleadh (Fig. 1). Paramadairean dealbhaidh geoimeatrach: an ìre as àirde \({h}_{t}\), an t-sreath mheadhain \({h}_{c}\) agus an ìre as ìsle \({h}_{ b}\) tighead. Tha sinn a’ gabhail beachd gu bheil an structar bunaiteach air a dhèanamh suas de structar leusair pitted. Tha an structar air a dhèanamh suas de cheallan bunaiteach air an rèiteachadh ri taobh a chèile ann an dòigh òrdaichte. Le bhith ag atharrachadh crìochan geoimeatrach structar cuasach, tha e comasach na feartan meacanaigeach aige atharrachadh (ie, luachan co-mheas Poisson agus stiffness elastagach). Tha paramadairean geoimeatrach na cealla bunasach air an sealltainn ann am Figs. 1 a’ toirt a-steach ceàrn (θ), fad (h), àirde (L) agus tighead colbh (t).
Tha an teòiridh zigzag a’ toirt seachad ro-innse fìor cheart air giùlan cuideam is cuideam ann an structaran co-dhèanta le sreathan de thiugh meadhanach. Tha dà phàirt ann an gluasad structarail ann an teòiridh zigzag. Tha a 'chiad phàirt a' sealltainn giùlan a 'phannal ceapaire gu h-iomlan, agus tha an dàrna pàirt a' coimhead air a 'ghiùlan eadar sreathan gus dèanamh cinnteach à leantainneachd cuideam rùsgaidh (no an gnìomh zigzag ris an canar). A bharrachd air an sin, bidh an eileamaid zigzag a ’dol à sealladh air uachdar a-muigh an laminate, agus chan ann taobh a-staigh an t-sreath seo. Mar sin, tha an gnìomh zigzag a’ dèanamh cinnteach gu bheil gach còmhdach a’ cur ris an deformation tar-roinneil iomlan. Tha an eadar-dhealachadh cudthromach seo a’ toirt seachad cuairteachadh fiosaigeach nas reusanta den obair zigzag an taca ri gnìomhan zigzag eile. Chan eil am modal zigzag atharraichte gnàthach a’ toirt seachad leantainneachd cuideam rùsgaidh transverse air feadh an t-sreath eadar-mheadhanach. Mar sin, faodar an raon gluasaid stèidhichte air teòiridh zigzag a sgrìobhadh mar a leanas31.
anns a' cho-aontar. (1), k = b, c agus t a’ riochdachadh na sreathan as ìsle, meadhan agus mullach, fa leth. Is e raon gluasaid a’ phlèana mheadhanaich air an axis Cartesianach (x, y, z) (u, v, w), agus is e an cuairteachadh lùbte san itealan mun axis (x, y) \({\uptheta} _). {x}\) agus \({\uptheta}_{y}\). Tha \({\psi}_{x}\) agus \({\psi}_{y}\) nan àireamhan spàsail de chuairteachadh zigzag, agus \({\phi}_{x}^{k}\ air fhàgail ( z \right) \) agus \({\phi}_{y}^{k}\left(z\right)\) nan gnìomhan zigzag.
Tha leud an zigzag na ghnìomh vector de fhìor fhreagairt a’ phlàta don luchd gnìomhaichte. Bidh iad a’ toirt seachad sgèile iomchaidh den obair zigzag, agus mar sin a’ cumail smachd air na tha an zigzag a’ cur gu h-iomlan ri gluasad a’ phlèana. Tha dà phàirt ann an strain rùsgaidh thairis air tiugh na truinnsear. Is e a’ chiad phàirt an ceàrn rùsgaidh, èideadh thairis air tiugh an laminate, agus tha an dàrna pàirt na ghnìomh seasmhach mean air mhean, èideadh thairis air tiugh gach còmhdach fa leth. A rèir nan gnìomhan seasmhach pìosail seo, faodar gnìomh zigzag gach còmhdach a sgrìobhadh mar:
anns a' cho-aontar. Tha (2), \({c}_{11}^{k}\) agus \({c}_{22}^{k}\) nan co-chomharran elasticity aig gach còmhdach, agus is e h an tighead iomlan de an diosg. A bharrachd air an sin, tha \({G}_{x}\) agus \({G}_{y}\) nan co-èifeachdan cuibhreachaidh cuibhreachaidh cuibheasach cuideam, air an cur an cèill mar 31:
Tha an dà ghnìomh leudachaidh zigzag (Co-aontar (3)) agus na còig caochladairean cinematic a tha air fhàgail (Co-aontar (2)) den chiad teòiridh deformation rùsgaidh a’ dèanamh suas seata de sheachd cinematics co-cheangailte ris a’ chaochladair teòiridh plàta zigzag atharraichte seo. A’ gabhail ris gu bheil eisimeileachd sreathach air an deformation agus a’ toirt aire do theòiridh zigzag, gheibhear an raon deformation ann an siostam co-òrdanachaidh Cartesian mar:
far a bheil \({\varepsilon}_{yy}\) agus \({\varepsilon}_{xx}\) nan deformations àbhaisteach, agus \({\gamma}_{yz},{\gamma}_{xz} \ ) agus \({ \ gamma}_{ xy} \ ) nan deformachadh rùsgaidh.
A’ cleachdadh lagh Hooke agus a’ toirt aire do theòiridh zigzag, gheibhear an dàimh eadar cuideam agus cuideam truinnsear orthotropic le structar lùban cuasach bho cho-aontar (1). (5)32 far a bheil \({c}_{ij}\) an seasmhach elastagach den mhaitrix cuideam-cuideam.
far a bheil \({G}_{ij}^{k}\), \({E}_{ij}^{k}\) agus \({v}_{ij}^{k}\) air an gearradh Is e feachd am modulus ann an diofar stiùiridhean, modulus Young agus co-mheas Poisson. Tha na co-èifeachdan sin co-ionann anns gach taobh airson an ìre isotopic. A bharrachd air an sin, airson niùclasan tilleadh an leusair, mar a chithear ann am Fig. 1, faodar na feartan sin ath-sgrìobhadh mar 33.
Tha cleachdadh prionnsapal Hamilton ri co-aontaran gluasad truinnsear ioma-fhilleadh le cridhe leusair cuasach a’ toirt seachad na co-aontaran bunaiteach airson an dealbhadh. Faodar prionnsapal Hamilton a sgrìobhadh mar:
Nam measg, tha δ a’ riochdachadh a’ ghnìomhaiche caochlaideach, tha U a’ riochdachadh an lùth a dh’ fhaodadh a bhith ann, agus W a’ riochdachadh na h-obrach a rinn an fheachd a-muigh. Gheibhear an lùth srann iomlan a’ cleachdadh a’ cho-aontar. (9), far a bheil A na roinn den phlèana mheadhanach.
A’ gabhail ris gun tèid an luchd (p) a chuir an sàs ann an stiùireadh z, gheibhear obair an fhorsa a-muigh bhon fhoirmle a leanas:
Cuir an co-aontar an àite Co-aontaran (4) agus (5) (9) agus cuir an co-aontar an àite. (9) agus (10) (8) agus ag amalachadh thairis air an truinnsear tighead, an co-aontar: (8) faodar ath-sgrìobhadh mar:
Tha an clàr-amais \(\phi\) a’ riochdachadh a’ ghnìomh zigzag, tha \({N}_{ij}\) agus \({Q}_{iz}\) nam feachdan a-steach is a-mach às a’ phlèana, \({M} Tha _{ij }\) a’ riochdachadh mionaid cromadh, agus tha am foirmle àireamhachaidh mar a leanas:
A’ cleachdadh amalachadh le pàirtean ris a’ cho-aontar. A’ dol an àite foirmle (12) agus a’ tomhas co-èifeachd atharrachaidh, gheibhear co-aontar comharraichte a’ phannal ceapaire ann an cruth foirmle (12). (13).
Tha na co-aontaran smachd eadar-dhealaichte airson truinnsearan trì-fhilleadh le taic saor air am fuasgladh le modh Galerkin. Fo bharail air suidheachaidhean leth-statach, thathas a’ beachdachadh air a’ ghnìomh neo-aithnichte mar cho-aontar: (14).
\({u}_{m,n}\), \({v}_{m,n}\), \({w}_{m,n}\),\({{\uptheta}_ {\mathrm {x}}}_{\mathrm {m} \text{,n}}\), \({{\uptheta }_{\mathrm {y}}}_{\mathrm {m} \text {,n}}\), \({{\uppsi}_{\mathrm{x}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) agus \({{\uppsi}_{ Tha \mathrm{y}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) nan co-chomharran neo-aithnichte a gheibhear le bhith a' lùghdachadh na mearachd. \(\overline{\overline{u}} \left({x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{v}} \left({x{\text {,y}}} \deas)\), \(\overline{\overline{w}} \left({x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline {{{\uptheta}_{x}}}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{{{\uptheta}_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{{\psi_{x}}}} \left( {x{\text{, y}}} \right) \) agus \(\overline{\overline{{ \psi_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\) nan gnìomhan deuchainn, a dh’ fheumas na cumhachan crìche as ìsle a tha riatanach a choileanadh. Airson dìreach suidheachaidhean crìche le taic, faodar an gnìomh deuchainn ath-àireamhachadh mar:
Bheir ionadachadh cho-aontaran co-aontaran ailseabra. (14) gu na co-aontaran riaghlaidh, a dh’ fhaodadh leantainn gu bhith a’ faighinn co-èifeachdan neo-aithnichte ann an co-aontar (14). (14).
Bidh sinn a’ cleachdadh modaladh eileamaid chrìochnaichte (FEM) gus atharrais a dhèanamh air lùbadh pannal ceapaire le taic shaor le structar leusair cuasach mar chridhe. Chaidh an sgrùdadh a dhèanamh ann an còd eileamaid malairteach malairteach (mar eisimpleir, dreach Abaqus 6.12.1). Chaidh eileamaidean cruaidh 3D hexahedral (C3D8R) le amalachadh nas sìmplidhe a chleachdadh gus na sreathan gu h-àrd agus gu h-ìosal a mhodail, agus chaidh eileamaidean loidhneach tetrahedral (C3D4) a chleachdadh gus an structar glùine eadar-mheadhanach (concave) a mhodail. Rinn sinn mion-sgrùdadh cugallachd mogal gus deuchainn a dhèanamh air co-fhilleadh a’ mhogal agus cho-dhùin sinn gu robh na toraidhean gluasaid a’ tighinn còmhla aig a’ mheud feart as lugha am measg nan trì sreathan. Tha am plàta ceapaire air a luchdachadh a’ cleachdadh a’ ghnìomh luchd sinusoidal, a’ toirt aire do na suidheachaidhean crìche le taic shaor aig na ceithir oirean. Thathas den bheachd gu bheil an giùlan meacanaigeach elastagach sreathach mar mhodail stuth a tha air a shònrachadh do gach sreath. Chan eil ceangal sònraichte eadar na sreathan, tha iad eadar-cheangailte.
Chleachd sinn dòighean clò-bhualaidh 3D gus ar prototype a chruthachadh (ie panal ceapaire cridhe auxetic clò-bhuailte trì-fhillte) agus suidheachadh deuchainneach àbhaisteach co-fhreagarrach gus suidheachaidhean lùbadh coltach ris a chuir an sàs (luchd èideadh p air an stiùireadh z) agus suidheachaidhean crìche (ie dìreach le taic). air a ghabhail os làimh nar dòigh anailis (Fig. 1).
Tha am pannal ceapaire a tha air a chlò-bhualadh air clò-bhualadair 3D air a dhèanamh suas de dhà chraiceann (àrd agus ìosal) agus cridhe leusair cuasach, agus tha na tomhasan aca air an sealltainn ann an Clàr 1, agus chaidh a dhèanamh air clò-bhualadair Ultimaker 3 3D (An Eadailt) a’ cleachdadh an dòigh tasgaidh ( FDM). teicneòlas air a chleachdadh sa phròiseas aige. Chlò-bhuail sinn 3D a’ phlàta bhunaiteach agus am prìomh structar leusair auxetic còmhla, agus chlò-bhuail sinn an ìre àrd air leth. Cuidichidh seo gus duilgheadasan sam bith a sheachnadh tron phròiseas toirt air falbh taic ma dh’ fheumar an dealbhadh gu lèir a chlò-bhualadh aig an aon àm. Às deidh clò-bhualadh 3D, tha dà phàirt fa leth air an glaodhadh ri chèile a’ cleachdadh superglue. Chlò-bhuail sinn na co-phàirtean sin a’ cleachdadh searbhag polylactic (PLA) aig an dùmhlachd in-lìonaidh as àirde (ie 100%) gus casg a chuir air uireasbhaidhean clò-bhualaidh ionadail.
Tha an siostam clampaidh àbhaisteach coltach ris na h-aon chumhachan crìche taic sìmplidh a chaidh a ghabhail anns a’ mhodal anailis againn. Tha seo a’ ciallachadh gu bheil an siostam greimeachaidh a’ cur casg air a’ bhòrd bho bhith a’ gluasad air na h-oirean aige anns na treòrachadh x agus y, a’ leigeil leis na h-oirean sin a bhith a’ gluasad gu saor timcheall nan tuaghan x agus y. Tha seo air a dhèanamh le bhith a’ beachdachadh air bileagan le radius r = h/2 aig ceithir oirean an t-siostam greimeachaidh (Fig. 2). Bidh an siostam clampaidh seo cuideachd a’ dèanamh cinnteach gu bheil an luchd gnìomhaichte air a ghluasad gu h-iomlan bhon inneal deuchainn chun phannal agus air a cho-thaobhadh ri loidhne meadhan a’ phannail (fig. 2). Chleachd sinn teicneòlas clò-bhualaidh ioma-jet 3D (ObjetJ735 Connex3, Stratasys® Ltd., USA) agus resins malairteach teann (leithid an t-sreath Vero) gus an siostam greim a chlò-bhualadh.
Diagram sgeamach de shiostam greim àbhaisteach clò-bhuailte 3D agus a cho-chruinneachadh le pannal ceapaire clò-bhuailte 3D le cridhe auxetic.
Bidh sinn a’ dèanamh deuchainnean teannachaidh leth-statach fo smachd gluasad a’ cleachdadh being deuchainn meacanaigeach (Lloyd LR, cealla luchdaidh = 100 N) agus a’ cruinneachadh feachdan inneal agus gluasadan aig ìre samplachaidh de 20 Hz.
Tha an earrann seo a’ taisbeanadh sgrùdadh àireamhach air an structar ceapaire a tha san amharc. Tha sinn a 'gabhail ris gu bheil na sreathan gu h-àrd agus gu h-ìosal air an dèanamh de roisinn epocsa gualain, agus tha structar lùbach a' chridhe cuasach air a dhèanamh de polymer. Tha feartan meacanaigeach nan stuthan a chaidh a chleachdadh san sgrùdadh seo air an sealltainn ann an Clàr 2. A bharrachd air an sin, tha na co-mheasan gun tomhas de thoraidhean gluasaid agus raointean cuideam air an sealltainn ann an Clàr 3.
Chaidh coimeas a dhèanamh eadar an gluasad dìreach gun tomhas de phlàta le taic saor-luchdaichte leis na toraidhean a fhuaireadh ann an diofar dhòighean (Clàr 4). Tha aonta math eadar an teòiridh a thathar a’ moladh, an dòigh eileamaid chrìochnaichte agus dearbhaidhean deuchainneach.
Rinn sinn coimeas eadar gluasad dìreach an teòiridh zigzag atharraichte (RZT) le teòiridh elasticity 3D (Pagano), teòiridh deformation rùsgaidh ciad òrdugh (FSDT), agus toraidhean FEM (faic Fig. 3). Tha an teòiridh rùsgaidh ciad-òrdugh, stèidhichte air na diagraman gluasaid de phlàtaichean ioma-fhilleadh tiugh, nas eadar-dhealaichte bhon fhuasgladh elastagach. Ach, tha an teòiridh zigzag atharraichte a’ ro-innse toraidhean fìor cheart. A bharrachd air an sin, rinn sinn coimeas cuideachd air cuideam rùsgaidh taobh a-muigh plèana agus cuideam àbhaisteach taobh a-staigh plèana diofar theòiridhean, am measg an d’ fhuair an teòiridh zigzag toraidhean nas cruinne na FSDT (Fig. 4).
Coimeas eadar strain inghearach àbhaisteach air a thomhas a’ cleachdadh diofar theòiridhean aig y = b/2.
Atharrachadh ann an cuideam rùsgaidh (a) agus cuideam àbhaisteach (b) thairis air tiugh pannal ceapaire, air a thomhas a’ cleachdadh diofar theòiridhean.
An uairsin, rinn sinn mion-sgrùdadh air buaidh crìochan geoimeatrach cealla an aonaid le cridhe cuasach air feartan meacanaigeach iomlan a ’phannal ceapaire. Is e ceàrn cealla an aonaid am paramadair geoimeatrach as cudromaiche ann an dealbhadh structaran glùine ath-inntrigidh34,35,36. Mar sin, rinn sinn cunntas air buaidh ceàrn cealla an aonaid, a bharrachd air an tighead taobh a-muigh a ’chridhe, air crìonadh iomlan a’ phlàta (Fig. 5). Mar a bhios tiugh an t-sreath eadar-mheadhanach a’ dol am meud, bidh an slugadh as motha gun tomhas a’ dol sìos. Bidh an neart cromadh coimeasach ag àrdachadh airson prìomh shreathan nas tiugha agus nuair a bhios \(\frac{{h}_{c}}{h}=1\) (ie, nuair a tha aon sreath cuasach ann). 'S ann aig pannalan ceapaire le cealla aonad auxetic (ie \(\theta =70^\circ\)) a tha an gluasad as lugha (Fig. 5). Tha seo a’ sealltainn gu bheil neart cromadh a’ chridhe auxetic nas àirde na neart a’ chridhe auxetic àbhaisteach, ach nach eil e cho èifeachdach agus gu bheil co-mheas adhartach Poisson aige.
Sguabadh as àirde àbhaisteach de shlat lattice concave le ceàrnan cealla aonad eadar-dhealaichte agus tiugh taobh a-muigh plèana.
Tha tiugh cridhe an grating auxetic agus an co-mheas taobh (ie \ (\ theta = 70 ^ \ circ \)) a’ toirt buaidh air an gluasad as motha den phlàta ceapaire (Figear 6). Chithear gu bheil an ìre as motha de shlaodadh a’ phlàta ag àrdachadh le àrdachadh h/l. A bharrachd air an sin, le bhith a ’meudachadh tiugh a’ chridhe auxetic a ’lughdachadh porosity an structair cuasach, agus mar sin a’ meudachadh neart cromadh an structair.
An ìre as motha de dh 'fhuasgladh de phannalan ceapaire air adhbhrachadh le structaran lattice le cridhe auxetic de dhiofar thiugh is fhaid.
Tha sgrùdadh air raointean cuideam na raon inntinneach a dh’ fhaodar a sgrùdadh le bhith ag atharrachadh crìochan geoimeatrach cealla an aonaid gus sgrùdadh a dhèanamh air modhan teip (me, delamination) de structaran ioma-fhilleadh. Tha buaidh nas motha aig co-mheas Poisson air raon cuideam rùsgaidh taobh a-muigh plèana na cuideam àbhaisteach (faic Fig. 7). A bharrachd air an sin, tha a ’bhuaidh seo neo-aon-ghnèitheach ann an diofar stiùiridhean air sgàth feartan orthotropic stuthan nan gràinean sin. Cha robh mòran buaidh aig paramadairean geoimeatrach eile, leithid tiugh, àirde, agus fad nan structaran concave air an raon cuideam, agus mar sin cha deach an sgrùdadh san sgrùdadh seo.
Atharrachadh ann an co-phàirtean cuideam rùsgaidh ann an diofar shreathan de phannal ceapaire le inneal lìonaidh leusair le ceàrnan concavity eadar-dhealaichte.
An seo, thathas a’ sgrùdadh neart cromadh truinnsear ioma-fhilleadh le taic shaor le cridhe glùine cuasach a’ cleachdadh teòiridh zigzag. Tha an cumadh a thathar a’ moladh air a choimeas ri teòiridhean clasaigeach eile, a’ toirt a-steach teòiridh elasticity trì-thaobhach, teòiridh deformation rùsgaidh ciad-òrdugh, agus FEM. Bidh sinn cuideachd a’ dearbhadh ar modh-obrach le bhith a’ dèanamh coimeas eadar ar toraidhean agus toraidhean deuchainneach air structaran ceapaire clò-bhuailte 3D. Tha na co-dhùnaidhean againn a’ sealltainn gu bheil an teòiridh zigzag comasach air ro-innse a dhèanamh air deformachadh structaran ceapaire de thiugh meadhanach fo luchdan cromadh. A bharrachd air an sin, chaidh mion-sgrùdadh a dhèanamh air buaidh crìochan geoimeatrach an structair uachdaran cuasach air giùlan lùbadh pannalan ceapaire. Tha na toraidhean a 'sealltainn mar a tha an ìre de dh' àrdachadh auxetic (ie, θ <90), tha an neart cromadh ag àrdachadh. A bharrachd air an sin, le bhith ag àrdachadh a ’cho-mheas taobh agus a’ lughdachadh tiugh a ’chridhe lughdaichidh sin neart cromadh a’ phannal ceapaire. Mu dheireadh, thathas a’ sgrùdadh buaidh co-mheas Poisson air cuideam rùsgaidh taobh a-muigh plèana, agus thathas a’ dearbhadh gu bheil a’ bhuaidh as motha aig co-mheas Poisson air an cuideam rùsgaidh a thig bho thiugh a’ phlàta lannaichte. Faodaidh na foirmlean agus na co-dhùnaidhean a thathar a’ moladh an t-slighe fhosgladh gu dealbhadh agus an fheum as fheàrr de structaran ioma-fhilleadh le lìonaichean leusair cuasach fo chumhachan luchdachadh nas iom-fhillte a tha riatanach airson dealbhadh structaran giùlan luchdan ann an aerospace agus teicneòlas bith-mheidigeach.
Gheibhear na stòran-dàta a chaidh a chleachdadh agus/no air an sgrùdadh san sgrùdadh làithreach bho na h-ùghdaran fa-leth ma thèid iarraidh reusanta.
Aktai L., Johnson AF agus Kreplin B. Kh. Samhlachadh àireamhach de fheartan sgrios coraichean meala. innleadair. fractal. bian. 75(9), 2616–2630 (2008).
Gibson LJ agus Ashby MF Porous Solids: Structure and Properties (Cambridge University Press, 1999).
Ùine puist: Lùnastal-12-2023