Nature.com-a gireniňiz üçin sag boluň. Çäkli CSS goldawy bilen brauzer wersiýasyny ulanýarsyňyz. Iň oňat tejribe üçin täzelenen brauzeri ulanmagy maslahat berýäris (ýa-da Internet Explorer-de Gabat geliş tertibini öçüriň). Şol aralykda, dowamly goldawy üpjün etmek üçin sahypany stil we JavaScript-de görkezýäris.
Sandwiç panel gurluşlary, ýokary mehaniki aýratynlyklary sebäpli köp pudaklarda giňden ulanylýar. Bu gurluşlaryň özara baglanyşygy, dürli ýük şertlerinde mehaniki häsiýetlerine gözegçilik etmekde we gowulaşdyrmakda örän möhüm faktor. Konkaw panjara gurluşlary birnäçe sebäplere görä, şeýle-de çeýeligini sazlamak üçin (meselem, Poissonyň gatnaşygy we elastik berkligi) we ýönekeýligi üçin süýümliligi (meselem, ýokary çeýeligi) sazlamak üçin ajaýyp kandidatlardyr. Güýç-agram gatnaşygy häsiýetleri diňe bir öýjügi emele getirýän geometrik elementleri sazlamak arkaly gazanylýar. Bu ýerde analitiki (ýagny zigzag teoriýasy), hasaplama (ýagny, çäkli element) we synag synaglaryny ulanyp, 3 gatly konkaw ýadro sendwiç paneliniň flexural jogabyny öwrenýäris. Şeýle hem, konkaw panjara gurluşynyň dürli geometrik parametrleriniň (mysal üçin burç, galyňlyk, birlik öýjügiň uzynlygy bilen beýiklik gatnaşygy) sendwiç gurluşynyň umumy mehaniki hereketine täsirini analiz etdik. Kömekçi häsiýetli esasy gurluşlaryň (ýagny, Poissonyň negatiw gatnaşygy) adaty örtükler bilen deňeşdirilende has ýokary flexural güýç we uçardan daşardaky iň az stres görkezýändigini gördük. Biziň gözleglerimiz, aerokosmos we biomedikal goşundylar üçin binagärlik ýadrosy bolan ösen in engineenerli köp gatly gurluşlaryň ösmegine ýol açyp biler.
Highokary güýji we pes agramy sebäpli sandwiç gurluşlary mehaniki we sport enjamlarynyň dizaýny, deňiz, howa we biomedikal in engineeringenerçiligi ýaly köp pudaklarda giňden ulanylýar. Konkaw panjara gurluşlary, ýokary energiýa siňdiriş kuwwaty we ýokary güýç-agram gatnaşygy häsiýetleri sebäpli şeýle birleşýän gurluşlarda esasy gatlak hasaplanylýan potensial dalaşgärdir. Geçmişde mehaniki häsiýetleri has-da gowulandyrmak üçin konkaw panjaralar bilen ýeňil sandwiç gurluşlaryny dizaýn etmek üçin köp işler edildi. Şeýle dizaýnlara mysal üçin gämi duralgalarynda ýokary basyşly ýükler we awtoulaglardaky amortizatorlar4,5 degişlidir. Konkaw panjara gurluşynyň örän meşhur, üýtgeşik we sendwiç paneliniň gurluşygy üçin amatly bolmagynyň sebäbi, onuň elastomehaniki aýratynlyklaryny özbaşdak sazlamak ukybydyr (meselem, elastik berklik we Poisson deňeşdirmesi). Şeýle gyzykly häsiýetleriň biri, uzynlygyna uzalanda panjara gurluşynyň gapdal giňelmegini aňladýan kömekçi hereket (ýa-da otrisatel Poisson gatnaşygy). Bu üýtgeşik hereket, onuň düzümindäki başlangyç öýjükleriň mikrostruktura dizaýny bilen baglanyşyklydyr 7,8,9.
Kölleriň kömekçi köpük öndürmek boýunça ilkinji gözleginden bäri, otrisatel Poisson gatnaşygy 10,11 bolan gözenekli gurluşlary ösdürmek üçin ep-esli tagalla edildi. Bu maksada ýetmek üçin birnäçe geometriýa teklip edildi, şir, ýarym gaty we gaty aýlanýan birlik öýjükleri, bularyň hemmesi kömekçi häsiýeti görkezýär. Goşmaça önümçilik (AM, 3D çap etmek diýlip hem atlandyrylýar) tehnologiýalarynyň peýda bolmagy bu 2D ýa-da 3D kömekçi gurluşlaryň durmuşa geçirilmegine kömek etdi13.
Kömekçi häsiýet özboluşly mehaniki aýratynlyklary üpjün edýär. Mysal üçin, Köller we Elms14 kömekçi köpükleriň has ýokary öndürijilik güýjüniň, energiýanyň siňdiriş kuwwatynyň ýokarydygyny we adaty köpüklerden has pes berkligini görkezdiler. Kömekçi köpükleriň dinamiki mehaniki aýratynlyklary barada aýdylanda, dinamiki döwülýän ýükleriň aşagynda has ýokary garşylyk we arassa dartgynlylykda has uzynlyk görkezilýär15. Mundan başga-da, kompozitlerde güýçlendiriji material hökmünde kömekçi süýümleriň ulanylmagy olaryň mehaniki aýratynlyklaryny gowulaşdyrar16 we süýümiň uzalmagy sebäpli dörän zeperlere garşylygy17.
Gözlegler, egrilen kompozit gurluşlaryň özeni hökmünde konkaw kömekçi gurluşlary ulanmak, flexural berkligi we güýçliligi goşmak bilen, uçardan daşary öndürijiligini gowulaşdyryp biljekdigini görkezdi18. Gatlakly modeli ulanyp, kömekçi ýadrosyň birleşdirilen panelleriň döwük güýjüni artdyryp biljekdigi hem syn edildi19. Aksetiki süýümli kompozitler adaty süýümler bilen deňeşdirilende ýarylmagyň köpelmeginiň öňüni alýar20.
Zhang et al.21 gaýdyp gelýän öýjük gurluşlarynyň dinamiki çaknyşma hereketini modelleşdirdi. Aksetiki birlik öýjüginiň burçuny köpeltmek arkaly naprýatageeniýäniň we energiýanyň siňdirilişiniň has oňaýsyz Poisson gatnaşygy bilen örtülmegine sebäp bolup biljekdigine göz ýetirdiler. Şeýle hem, şeýle kömekçi sendwiç panelleriniň ýokary dartyş derejesiniň täsir ýüklerinden goraýjy gurluş hökmünde ulanylmagyny teklip etdiler. Imbalzano we başg.
Soňky ýyllarda sandwiç gurluşlarynyň san we tejribe gözleglerine köp üns berildi. Bu gözlegler bu sendwiç gurluşlarynyň mehaniki aýratynlyklaryny gowulandyrmagyň ýollaryny görkezýär. Mysal üçin, sendwiç paneliniň özeni hökmünde ýeterlik derejede galyň kömekçi gatlagy göz öňünde tutmak, iň berk gatlakdan has täsirli Youngaş modulyny döredip biler23. Mundan başga-da, optimizasiýa algoritmi bilen laminirlenen şöhleleriň 24 ýa-da kömekçi ýadro turbalarynyň egilmek häsiýetini gowulandyryp bolar. Has çylşyrymly ýükleriň aşagynda giňelip bilýän ýadro sendwiç gurluşlaryny mehaniki synag etmek boýunça başga gözlegler bar. Mysal üçin, kömekçi agregatlar bilen beton kompozitleri gysmak synagy, partlaýjy ýükleriň aşagyndaky sendwiç panelleri27, egilmek synaglary28 we pes tizlikli täsir synaglary29, şeýle hem funksional taýdan tapawutlandyrylan aksetiki agregatlar bilen sendwiç panelleriniň çyzykly egilmezligini seljermek30.
Kompýuter simulýasiýalary we şunuň ýaly dizaýnlara eksperimental baha bermek köplenç wagt talap ediji we gymmat düşýändigi sebäpli, özbaşdak ýüklemek şertlerinde köp gatly kömekçi ýadro gurluşlaryny dizaýn etmek üçin zerur maglumatlary takyk we takyk üpjün edip biljek teoretiki usullary ösdürmeli. amatly wagt. Şeýle-de bolsa, häzirki zaman seljeriş usullarynyň birnäçe çäklendirmeleri bar. Hususan-da, bu teoriýalar has galyň birleşýän materiallaryň özüni alyp barşyny çaklamak we dürli-dürli tapawutly elastik häsiýetleri bolan birnäçe materialdan düzülen kompozitleri seljermek üçin takyk däl.
Bu seljeriş modelleri ulanylýan ýüklere we araçäk şertlerine bagly bolansoň, bu ýerde kömekçi ýadro sandwiç panelleriniň flexural häsiýetine ünsi jemläris. Şeýle derňewler üçin ulanylýan ekwiwalent bir gatlak teoriýasy, orta galyňlykdaky sendwiç kompozitlerinde ýokary birmeňzeş laminatlarda gyrkym we eksenel stresleri dogry çaklap bilmeýär. Mundan başga-da, käbir teoriýalarda (mysal üçin, gatlakly teoriýada) kinematiki üýtgeýänleriň sany (mysal üçin, süýşmek, tizlik we ş.m.) gatlaklaryň sanyna berk baglydyr. Diýmek, her bir gatlagyň hereket meýdany belli bir fiziki üznüksizlik çäklendirmelerini kanagatlandyrmak bilen özbaşdak beýan edilip bilner. Şonuň üçin bu modeldäki köp sanly üýtgeýjini göz öňünde tutýar, bu çemeleşmäni hasaplaýyş taýdan gymmatlaşdyrýar. Bu çäklendirmeleri ýeňip geçmek üçin köp derejeli teoriýanyň belli bir kiçi bölümi bolan zigzag teoriýasyna esaslanýan çemeleşmäni teklip edýäris. Nazaryýet, uçardaky süýşmeleriň egrem-bugram görnüşini göz öňünde tutup, laminatyň galyňlygynda gyrkym stresiniň dowamlylygyny üpjün edýär. Şeýlelik bilen, zigzag teoriýasy laminatda gatlaklaryň sanyna garamazdan birmeňzeş kinematiki üýtgeýjileri berýär.
Sandwiç panelleriniň egrem-bugram ýükleriň aşagyndaky konkaw ýadroly hereketlerini çaklamakda usulymyzyň güýjüni görkezmek üçin netijelerimizi nusgawy teoriýalar bilen deňeşdirdik (ýagny hasaplaýyş modelleri (ýagny çäkli elementler) we tejribe maglumatlary (ýagny üç nokatly egilmek); 3D çap edilen sendwiç panelleri). Şu maksat bilen ilki bilen zigzag teoriýasyna esaslanýan süýşme gatnaşyklaryny aldyk, soň bolsa Hamilton prinsipini ulanyp esaslandyryjy deňlemeleri aldyk we Galerkin usuly bilen çözdük. Alnan netijeler degişli dizaýn üçin güýçli guraldyr. kömekçi doldurgyçly sandwiç panelleriniň geometrik parametrleri, kämilleşdirilen mehaniki aýratynlyklary bolan gurluşlary gözlemegi aňsatlaşdyrýar.
Üç gatly sendwiç panelini gözden geçiriň (1-nji surat). Geometrik dizaýn parametrleri: ýokarky gatlak \ ({h} _ {t} \), orta gatlak \ ({h} _ {c} \) we aşaky gatlak \ ({h} _ {b} \) galyňlygy. Gurluşyň özeniniň berkidilen panjara gurluşyndan ybaratdygyny çaklaýarys. Gurluş tertipli tertipde biri-biriniň gapdalynda ýerleşdirilen başlangyç öýjüklerden durýar. Konkaw gurluşyň geometrik parametrlerini üýtgetmek bilen, onuň mehaniki aýratynlyklaryny üýtgedip bolýar (ýagny, Poissonyň gatnaşygy we elastik berkligi). Başlangyç öýjügiň geometrik parametrleri Şekillerde görkezilýär. 1 burç (θ), uzynlyk (h), beýiklik (L) we sütüniň galyňlygy (t).
Zigzag teoriýasy, orta galyňlygyň gatlakly birleşýän gurluşlarynyň stres we dartyş häsiýetleri barada gaty takyk çaklamalary üpjün edýär. Zigzag teoriýasyndaky gurluş süýşmesi iki bölekden durýar. Birinji bölüm, tutuşlygyna sendwiç paneliniň özüni alyp barşyny görkezýär, ikinji bölegi gyrkym stresiniň dowamlylygyny üpjün etmek üçin gatlaklaryň arasyndaky özüni alyp barşyna seredýär (ýa-da zigzag funksiýasy diýilýär). Mundan başga-da, zigzag elementi bu gatlagyň içinde däl-de, laminatyň daşky ýüzünde ýitýär. Şeýlelik bilen, zigzag funksiýasy her gatyň umumy kesiş deformasiýasyna goşant goşmagyny üpjün edýär. Bu möhüm tapawut, zigzag funksiýasynyň beýleki zigzag funksiýalary bilen deňeşdirilende has real fiziki paýlanyşyny üpjün edýär. Häzirki üýtgedilen zigzag modeli, orta gatlak boýunça transvers gyrkym stresiniň dowamlylygyny üpjün etmeýär. Şonuň üçin zigzag teoriýasyna esaslanýan süýşme meýdany aşakdaky ýaly ýazylyp bilner31.
deňlemede. (1), k = b, c we t degişlilikde aşaky, orta we ýokarky gatlaklary görkezýär. Kartezian okunyň (x, y, z) boýundaky orta tekizligiň süýşme meýdany (u, v, w), we (x, y) oky boýunça tekizligiň egilme aýlanyşy \ ({\ uptheta} _) {x} \) we \ ({\ uptheta} _ {y} \). \ ({\ psi} _ {x} \) we \ ({\ psi} _ {y} \) zigzag aýlanyşynyň giňişlik mukdary, we \ ({\ phi} _ {x} ^ {k} \ çep ( z \ sag) \) we \ ({\ phi} _ {y} ^ {k} \ çep (z \ sag) \) zigzag funksiýalary.
Zigzagyň amplitudasy, tabagyň ulanylýan ýüküň hakyky jogabynyň wektor funksiýasydyr. Zigzag funksiýasynyň degişli masştabyny üpjün edýärler, şeýlelik bilen zigzagyň uçardaky süýşmegine umumy goşandyny gözegçilikde saklaýarlar. Plastinanyň galyňlygyndaky gyrkym ştammy iki bölekden durýar. Birinji bölek, laminatyň galyňlygy boýunça birmeňzeş gyrkym burçy, ikinji bölegi bolsa her bir gatlagyň galyňlygy boýunça birmeňzeş hemişelik funksiýa. Bu yzygiderli hemişelik funksiýalara görä, her gatyň zigzag funksiýasy şeýle ýazylyp bilner:
deňlemede. (2), \ ({c} _ {11} ^ {k} \) we \ ({c} _ {22} ^ {k} \) her gatyň elastiklik yzygiderliligi, h bolsa umumy galyňlygy disk. Mundan başga-da, \ ({G} _ {x} \) we \ ({G} _ {y} \) 31 hökmünde görkezilen ortaça gyrkymyň berkligi koeffisiýentleri:
Iki zigzag amplituda funksiýasy (Deňlik (3)) we birinji tertipli gyrkma deformasiýa teoriýasynyň galan bäş kinematiki üýtgeýjisi (Deňlik (2)) bu üýtgedilen zigzag plastinka teoriýasy üýtgeýjisi bilen baglanyşykly ýedi kinematikanyň toplumyny emele getirýär. Deformasiýanyň çyzykly garaşlylygyny göz öňünde tutup we zigzag teoriýasyny göz öňünde tutup, Kartezian koordinat ulgamyndaky deformasiýa meýdanyny şu görnüşde alyp bolar:
bu ýerde \ ({\ varepsilon} _ {yy} \) we \ ({\ varepsilon} _ {xx} \) adaty deformasiýa, we \ ({\ gamma} _ {yz}, {\ gamma} _ {xz} \) we \ ({\ gamma} _ {xy} \) gyrkylan deformasiýa.
Hookyň kanunyny ulanyp, zigzag teoriýasyny göz öňünde tutup, ortotrop plastinkanyň konkaw panjara gurluşy bilen stresiň arasyndaky baglanyşygy (1) deňlemeden alyp bolýar. (5) 32 bu ýerde \ ({c} _ {ij} \) stres-dartyş matrisasynyň elastik hemişelikidir.
nirede \ ({G} _ {ij} ^ {k} \), \ ({E} _ {ij} ^ {k} \) we \ ({v} _ {ij} ^ {k} \) kesilýär güýç dürli ugurlardaky modul, Youngaşyň moduly we Poisson gatnaşygy. Bu koeffisiýentler izotop gatlagy üçin ähli ugurlarda deňdir. Mundan başga-da, 1-nji suratda görkezilişi ýaly, panjanyň gaýdyp gelýän ýadrolary üçin bu häsiýetleri 33 görnüşinde gaýtadan ýazyp bolýar.
Hamilton prinsipini konkaw panjara ýadrosy bilen köp gatly plastinkanyň hereket deňlemelerine ulanmak dizaýn üçin esasy deňlemeleri üpjün edýär. Hamiltonyň ýörelgesini şeýle ýazyp bolar:
Olaryň arasynda δ üýtgeýän operatory, U dartyş potensial energiýasyny, W daşarky güýç tarapyndan edilen işi aňladýar. Potensial dartyş energiýasy deňlemäni ulanyp alynýar. (9), bu ýerde A orta tekizligiň sebiti.
Loadüküň (p) z ugrunda birmeňzeş ulanylmagyny göz öňünde tutsak, daşarky güýjüň işini aşakdaky formuladan alyp bolar:
(4) we (5) (9) deňlemeleri çalyşmak we deňlemäni çalyşmak. (9) we (10) (8) we tabagyň galyňlygynyň üstünde jemlenip, (8) deňlemäni aşakdaky ýaly ýazyp bolar:
Indeks \ (\ phi \) zigzag funksiýasyny görkezýär, \ ({N} _ {ij} \) we \ ({Q} _ {iz} \) uçaryň içindäki we çykýan güýçler, \ ({M} _ {ij} \) egilmek pursatyny aňladýar we hasaplama formulasy aşakdaky ýaly:
Bölekler boýunça integrasiýany deňlemä ulanmak. Formula (12) çalyşmak we üýtgeýiş koeffisiýentini hasaplamak bilen, sendwiç paneliniň kesgitleýji deňlemesini formula (12) görnüşinde alyp bolýar. (13).
Erkin goldanýan üç gatly plitalar üçin diferensial dolandyryş deňlemeleri Galerkin usuly bilen çözülýär. Kwasi-statiki şertleri göz öňünde tutup, näbelli funksiýa deňleme hasaplanýar: (14).
\ ({u} _ {m, n} \), \ ({v} _ {m, n} \), \ ({w} _ {m, n} \), \ ({{\ uptheta} _ {\ mathrm {x}}} _ {\ mathrm {m} \ text {, n}} \), \ ({{\ upheta} _ {\ mathrm {y}}} _ {\ mathrm {m} \ tekst {, n}} \), \ ({{\ uppsi} _ {\ mathrm {x}}} _ {\ mathrm {m} \ text {, n}} \) we \ ({{\ uppsi} _ { \ mathrm {y}}} _ {\ mathrm {m} \ text {, n}} \) ýalňyşlygy azaltmak arkaly alyp boljak näbelli yzygiderlilikler. \ (\ overline {\ overline {u}} \ left ({x {\ text {, y}}} \ sag) \), \ {, y}}} \ sag) \), \ (\ overline {\ overline {w}} \ çep ({x {\ text {, y}}} \ sag) \), \ (\ overline {\ overline left {{\ uptheta} _ {x}}} left \ left ({x {\ text {, y}}} \ sag) \), \ (\ overline {\ overline {{{\ upheta} _ {y} left}} \ çep ({x {\ tekst {, y}}} \ sag) \), \ (\ overline {\ overline {{\ psi_ {x}}} left \ left ({x {\ text {, y}}} \ sag) \) we \ (\ overline {\ overline {{\ psi_ {y}}}} \ çep ({x {\ tekst {, y}}} \ sag) \) synag funksiýalary, iň az zerur serhet şertlerini kanagatlandyrmalydyr. Diňe goldanýan serhet şertleri üçin synag funksiýasyny aşakdaky ýaly hasaplap bolar:
Deňlikleriň çalyşmagy algebraik deňlemeleri berýär. (14) (14) deňlemede näbelli koeffisiýentleri almaga sebäp bolup biljek dolandyryş deňlemelerine. (14).
Erkin goldanýan sandwiç paneliniň ýadrosy hökmünde konkaw panjara gurluşyny egirmek üçin kompýuterde simulirlemek üçin çäkli element modellerini (FEM) ulanýarys. Derňew täjirçilik çäkli element kodynda geçirildi (mysal üçin Abaqus 6.12.1 wersiýasy). Simpleönekeýleşdirilen integrasiýa bilen 3D heksaedral gaty elementler (C3D8R) ýokarky we aşaky gatlaklary modellemek üçin, aralyk (konkaw) panjara gurluşyny modellemek üçin çyzykly tetraedral elementler (C3D4) ulanyldy. Toruň ýakynlygyny barlamak üçin mata duýgurlyk derňewini geçirdik we süýşmegiň netijeleri üç gatyň arasynda iň kiçi aýratynlyk ululygyna öwrüldi diýen netijä geldik. Sandwiç plastinka, dört gyrada erkin goldanýan serhet şertlerini göz öňünde tutup, sinusoidal ýük funksiýasy bilen ýüklenýär. Çyzykly elastik mehaniki hereket, ähli gatlaklara berlen material modeli hasaplanýar. Gatlaklaryň arasynda belli bir baglanyşyk ýok, olar biri-birine bagly.
Prototipimizi (ýagny üç gezek çap edilen kömekçi ýadro sandwiç paneli) we şuňa meňzeş egilmek şertlerini (z-ugry boýunça birmeňzeş ýük p) we serhet şertlerini (ýagny diňe goldanýan) döretmek üçin 3D çap etmek usullaryny ulandyk. seljeriş çemeleşmämizde göz öňünde tutulýar (1-nji surat).
3D printerde çap edilen sendwiç paneli, ululyklary 1-nji tablisada görkezilen iki sany deriden (ýokarky we aşaky) we konkaw panjara ýadrosyndan durýar we depozit usuly bilen Ultimaker 3 3D printerinde (Italiýa) öndürildi ( FDM). prosesinde tehnologiýa ulanylýar. Esasy plastinkany we esasy kömekçi panjara gurluşyny 3D çap etdik we ýokarky gatlagy aýratyn çap etdik. Tutuş dizaýny birbada çap etmeli bolsa, goldawy aýyrmak prosesinde haýsydyr bir kynçylyklaryň öňüni almaga kömek edýär. 3D çap edilenden soň, superglue ulanyp, iki aýry bölek birleşdirilýär. Bu komponentleri polilaktiki kislotany (PLA) iň ýokary infil dykyzlygynda (ýagny 100%) ulanyp, ýerli çap edilen kemçilikleriň öňüni almak üçin çap etdik.
Customörite gysyş ulgamy, analitiki modelimizde kabul edilen şol bir ýönekeý goldaw araçäk şertlerine meňzeýär. Diýmek, tutuş ulgam tagtanyň x we y ugurlarynda gyralarynyň üstünden hereket etmeginiň öňüni alýar we bu gyralaryň x we y oklarynyň töwereginde erkin aýlanmagyna mümkinçilik berýär. Bu, tutuş ulgamyň dört gyrasynda r = h / 2 radiusy bolan filetleri göz öňünde tutmak arkaly amala aşyrylýar (2-nji surat). Bu gysgyç ulgamy, ulanylýan ýüküň synag enjamyndan panele doly geçirilmegini we paneliň merkezi çyzygy bilen deňleşdirilmegini üpjün edýär (2-nji surat). Tutuş ulgamyny çap etmek üçin köp jetli 3D çap etmek tehnologiýasyny (ObjetJ735 Connex3, Stratasys® Ltd., ABŞ) we berk söwda rezinlerini (Vero seriýasy ýaly) ulandyk.
3D çap edilen ýörite tutma ulgamynyň shemasy we kömekçi ýadroly 3D çap edilen sendwiç paneli bilen gurnama.
Mehaniki synag skameýkasyny (Lloýd LR, ýük öýjügi = 100 N) ulanyp, hereket bilen dolandyrylýan kwaz-statik gysyş synaglaryny geçirýäris we 20 Hz nusga alma tizliginde maşyn güýçlerini we göçürmelerini ýygnaýarys.
Bu bölüm, teklip edilýän sendwiç gurluşynyň san taýdan öwrenilmegini hödürleýär. Topokarky we aşaky gatlaklar uglerod epoksi rezinden, konkaw ýadrosynyň panjarasy polimerden ýasalandyr diýip çaklaýarys. Bu gözlegde ulanylýan materiallaryň mehaniki aýratynlyklary 2-nji tablisada görkezilýär. Mundan başga-da, süýşmegiň netijeleriniň we stres meýdanlarynyň ölçegsiz gatnaşygy 3-nji tablisada görkezilýär.
Birmeňzeş ýüklenen erkin goldanýan plastinkanyň iň ýokary dik ölçegsiz süýşmegi dürli usullar bilen alnan netijeler bilen deňeşdirildi (4-nji tablisa). Teklip edilýän teoriýa, ahyrky element usuly we synag synaglary arasynda gowy ylalaşyk bar.
Üýtgedilen zigzag teoriýasynyň (RZT) dik süýşmesini 3D çeýeligi teoriýasy (Pagano), birinji tertipli gyrkym deformasiýa teoriýasy (FSDT) we FEM netijeleri bilen deňeşdirdik (3-nji surata seret). Galyň köp gatlakly plitalaryň süýşme diagrammalaryna esaslanýan birinji tertipli gyrkym teoriýasy elastik erginden köp tapawutlanýar. Şeýle-de bolsa, üýtgedilen zigzag teoriýasy gaty takyk netijeleri çaklaýar. Mundan başga-da, zigzag teoriýasy FSDT-den has takyk netijeleri gazanan dürli teoriýalaryň uçardan daşardaky gyrkym stresini we uçardaky adaty stresini deňeşdirdik (4-nji surat).
Y = b / 2-de dürli teoriýalary ulanyp hasaplanan kadalaşdyrylan wertikal ştammy deňeşdirmek.
Dürli teoriýalary ulanyp hasaplanan sandwiç paneliniň galyňlygy boýunça gyrkym stresiniň (a) we adaty stresiň (b) üýtgemegi.
Ondan soň, sandwiç paneliniň umumy mehaniki aýratynlyklaryna konkaw ýadro bilen birlik öýjüginiň geometrik parametrleriniň täsirini analiz etdik. Bölüm öýjük burçy, reantrant panjara gurluşlarynyň dizaýnynda iň möhüm geometrik parametrdir 34,35,36. Şonuň üçin birlik öýjük burçunyň, ýadrosyň daşyndaky galyňlygyň plastinkanyň umumy sowulmagyna täsirini hasapladyk (5-nji surat). Aralyk gatlagyň galyňlygy artdygyça, maksimum ölçegsiz deflýasiýa azalýar. Has galyň ýadro gatlaklary üçin we \ (\ frac {{h} _ {c}} h} = 1 \) (ýagny, bir konkaw gatlak bolanda) deňeşdirilende egilmek güýji ýokarlanýar. Kömekçi birlik öýjügi bolan sendwiç panelleri (ýagny \ (\ theta = 70 ^ \ circ \)) iň kiçi göçürmelere eýe (5-nji surat). Bu, kömekçi ýadrosyň egilme güýjüniň adaty kömekçi ýadrodan has ýokarydygyny, ýöne az netijelidigini we Poisson polo positiveitel gatnaşygynyň bardygyny görkezýär.
Dürli birlik öýjük burçlary we uçardan daşary galyňlygy bolan konkaw panjara çybygynyň kadalaşdyrylan maksimal deflýasiýasy.
Kömekçi örtügiň ýadrosynyň galyňlygy we aspekt gatnaşygy (ýagny \ (\ theta = 70 ^ \ circ \)) sendwiç plastinkasynyň iň ýokary süýşmegine täsir edýär (6-njy surat). Tabagyň iň ýokary deflýasiýasynyň h / l ýokarlanmagy bilen ýokarlanýandygyny görmek bolýar. Mundan başga-da, kömekçi ýadrosyň galyňlygyny ýokarlandyrmak, konkaw gurluşyň gözenekliligini peseldýär we şeýlelik bilen gurluşyň egilme güýjüni ýokarlandyrýar.
Dürli galyňlykda we uzynlykda kömekçi ýadroly panjara gurluşlary sebäpli dörän sendwiç panelleriniň iň ýokary deflýasiýasy.
Stres meýdanlaryny öwrenmek, köp gatly gurluşlaryň şowsuzlyk reesimlerini (meselem, delaminasiýa) öwrenmek üçin birlik öýjüginiň geometrik parametrlerini üýtgedip öwrenip boljak gyzykly ýerdir. “Poisson” -yň gatnaşygy, uçuşdan daşary gyrkym streslerine adaty stresden has uly täsir edýär (7-nji surata serediň). Mundan başga-da, bu örtükleriň materialynyň ortotrop aýratynlyklary sebäpli bu täsir dürli ugurlarda birmeňzeşdir. Konkaw gurluşlaryň galyňlygy, beýikligi we uzynlygy ýaly beýleki geometrik parametrler stres meýdanyna az täsir edipdir, şonuň üçin bu işde seljerilmedi.
Sandwiç paneliniň dürli gatlaklarynda gyrkym stres komponentleriniň üýtgemegi, dürli dykyzlyk burçlary bolan panjara doldurgyjy.
Bu ýerde, erkin goldanýan köp gatly plastinkanyň egrem-bugram berkligi, egrem-bugram teoriýasy bilen öwrenilýär. Teklip edilýän formula beýleki ölçegli elastiklik teoriýasy, birinji tertipli gyrky deformasiýa teoriýasy we FEM ýaly beýleki nusgawy teoriýalar bilen deňeşdirilýär. Şeýle hem, netijelerimizi 3D çap edilen sendwiç gurluşlarynda synag synaglary bilen deňeşdirip, usulymyzy tassyklaýarys. Netijelerimiz, zigzag teoriýasynyň egilýän ýükleriň aşagynda orta galyňlykdaky sendwiç gurluşlarynyň deformasiýasyny çaklamaga ukyplydygyny görkezýär. Mundan başga-da, konkaw panjara gurluşynyň geometrik parametrleriniň sendwiç panelleriniň egilmek häsiýetine täsiri seljerildi. Netijeler, kömekçi derejäniň ýokarlanmagy bilen (ýagny, θ <90), egilmek güýjüniň ýokarlanýandygyny görkezýär. Mundan başga-da, aspektiň gatnaşygyny ýokarlandyrmak we ýadronyň galyňlygyny peseltmek sendwiç paneliniň egilme güýjüni azaldar. Netijede, Poisson-yň gatnaşygy uçardan daşardaky gyrkym stresine täsiri öwrenilýär we Poissonyň gatnaşygy laminirlenen plastinkanyň galyňlygyndan emele gelýän gyrkym stresine iň uly täsir edýändigi tassyklandy. Teklip edilen formulalar we netijeler, howa giňişliginde we biomedikal tehnologiýada ýük göteriji gurluşlary dizaýn etmek üçin zerur bolan has çylşyrymly ýük şertlerinde konkaw panjara doldurgyçlary bilen köp gatly gurluşlaryň dizaýnyna we optimizasiýasyna ýol açyp biler.
Häzirki gözlegde ulanylan we / ýa-da derňelýän maglumatlar bazalary degişli haýyş bilen degişli awtorlardan elýeterlidir.
Aktai L., Johnson AF we Kreplin B. Kh. Ary ýadrosynyň ýok ediş aýratynlyklarynyň san taýdan simulýasiýasy. inerener. fraktal. sütük. 75 (9), 2616–2630 (2008).
Gibson LJ we Eşbi MF gözenekli jisimler: gurluşy we häsiýetleri (Kembrij uniwersitetiniň metbugaty, 1999).
Iş wagty: Awgust-12-2023