Asante kwa kutembelea Nature.com. Unatumia toleo la kivinjari lenye uwezo mdogo wa kutumia CSS. Kwa matumizi bora zaidi, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime Hali ya Upatanifu katika Internet Explorer). Wakati huo huo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tunaonyesha tovuti bila mitindo na JavaScript.
Miundo ya jopo la Sandwich hutumiwa sana katika viwanda vingi kutokana na mali zao za juu za mitambo. Interlayer ya miundo hii ni jambo muhimu sana katika kudhibiti na kuboresha mali zao za mitambo chini ya hali mbalimbali za upakiaji. Miundo ya kimiani ya Concave ni bora zaidi kutumika kama viunganishi katika miundo ya sandwich kwa sababu kadhaa, ambazo ni kurekebisha unyumbufu wao (kwa mfano, uwiano wa Poisson na maadili ya ugumu wa elastic) na uduara (kwa mfano, elasticity ya juu) kwa urahisi. Sifa za uwiano wa nguvu kwa uzito hupatikana kwa kurekebisha vipengele vya kijiometri tu vinavyounda kiini cha kitengo. Hapa, tunachunguza jibu la kunyumbulika la paneli ya sandwich ya safu-3 ya msingi kwa kutumia uchanganuzi (yaani, nadharia ya zigzag), komputa (yaani, kipengele cha mwisho) na majaribio ya majaribio. Pia tulichanganua athari za vigezo mbalimbali vya kijiometri vya muundo wa kimiani cha concave (km pembe, unene, uwiano wa urefu wa seli hadi urefu) kwenye tabia ya jumla ya kimitambo ya muundo wa sandwich. Tumegundua kuwa miundo msingi yenye tabia dhabiti (yaani uwiano hasi wa Poisson) huonyesha uimara wa juu zaidi wa kunyumbulika na mkazo mdogo wa nje wa ndege ikilinganishwa na gratings za kawaida. Matokeo yetu yanaweza kufungua njia kwa ajili ya maendeleo ya miundo ya tabaka nyingi iliyoboreshwa ya hali ya juu na lati za msingi za usanifu kwa matumizi ya anga na matibabu ya viumbe.
Kwa sababu ya nguvu zao za juu na uzito mdogo, miundo ya sandwich hutumiwa sana katika tasnia nyingi, pamoja na muundo wa mitambo na vifaa vya michezo, baharini, anga, na uhandisi wa matibabu. Miundo ya kimiani cha concave ni mwaniaji mmoja anayeweza kuzingatiwa kama tabaka za msingi katika miundo ya mchanganyiko kwa sababu ya uwezo wao wa juu wa kunyonya nishati na uwiano wa juu wa nguvu-kwa-uzito1,2,3. Katika siku za nyuma, jitihada kubwa zimefanywa ili kubuni miundo ya sandwich nyepesi na lati za concave ili kuboresha zaidi sifa za mitambo. Mifano ya miundo kama hii ni pamoja na mizigo ya shinikizo la juu katika sehemu za meli na vifyonzaji vya mshtuko kwenye magari4,5. Sababu kwa nini muundo wa kimiani wa concave ni maarufu sana, wa kipekee na unafaa kwa ajili ya ujenzi wa paneli za sandwich ni uwezo wake wa kujitegemea kurekebisha sifa zake za elastomechanical (kwa mfano ugumu wa elastic na kulinganisha Poisson). Sifa moja kama hiyo ya kufurahisha ni tabia dhabiti (au uwiano hasi wa Poisson), ambayo inarejelea upanuzi wa kando wa muundo wa kimiani unapoinuliwa kwa urefu. Tabia hii isiyo ya kawaida inahusiana na muundo wa muundo mdogo wa seli zake za msingi7,8,9.
Tangu utafiti wa awali wa Lakes katika utengenezaji wa mapovu ya hali ya juu, juhudi kubwa zimefanywa ili kutengeneza vinyweleo vyenye uwiano hasi wa Poisson10,11. Jiometri kadhaa zimependekezwa ili kufikia lengo hili, kama vile seli za chiral, nusu rigid, na ngumu zinazozunguka,12 ambazo zote zinaonyesha tabia dhabiti. Ujio wa teknolojia za utengenezaji wa nyongeza (AM, pia unajulikana kama uchapishaji wa 3D) pia umewezesha utekelezaji wa miundo hii ya 2D au 3D auxetic13.
Tabia ya auxetic hutoa mali ya kipekee ya mitambo. Kwa mfano, Lakes na Elms14 zimeonyesha kuwa povu za hali ya juu zina nguvu ya juu ya mavuno, uwezo wa kufyonza wa nishati, na ugumu wa chini kuliko povu za kawaida. Kuhusiana na tabia ya mitambo ya nguvu ya povu auxetic, zinaonyesha upinzani wa juu chini ya mizigo ya kuvunja nguvu na elongation ya juu chini ya mvutano safi15. Kwa kuongeza, matumizi ya nyuzi za auxetic kama nyenzo za kuimarisha katika composites itaboresha mali zao za mitambo16 na upinzani dhidi ya uharibifu unaosababishwa na fiber stretch17.
Utafiti pia umeonyesha kuwa kutumia miundo ya nyumbufu kama msingi wa miundo ya mchanganyiko iliyopinda kunaweza kuboresha utendaji wao wa nje ya ndege, ikiwa ni pamoja na ugumu wa kunyumbua na nguvu18. Kwa kutumia muundo wa tabaka, pia imeonekana kuwa msingi wa auxetic unaweza kuongeza nguvu ya kuvunjika kwa paneli za mchanganyiko19. Mchanganyiko wenye nyuzi za auxetic pia huzuia uenezi wa nyufa ikilinganishwa na nyuzi za kawaida20.
Zhang et al.21 waliunda tabia ya mgongano inayobadilika ya miundo ya seli inayorudi. Waligundua kuwa ufyonzaji wa volti na nishati unaweza kuboreshwa kwa kuongeza pembe ya kisanduku cha axetic, na kusababisha grating yenye uwiano hasi zaidi wa Poisson. Pia walipendekeza kuwa paneli kama hizo za sandwich zinaweza kutumika kama miundo ya kinga dhidi ya mizigo ya athari ya kiwango cha juu cha matatizo. Imbalzano et al.22 pia iliripoti kuwa karatasi za utungaji auxetic zinaweza kusambaza nishati zaidi (yaani mara mbili zaidi) kupitia deformation ya plastiki na inaweza kupunguza kasi ya juu kwa upande wa nyuma kwa 70% ikilinganishwa na karatasi moja ya ply.
Katika miaka ya hivi karibuni, tahadhari nyingi zimelipwa kwa masomo ya namba na majaribio ya miundo ya sandwich na filler auxetic. Masomo haya yanaonyesha njia za kuboresha sifa za mitambo za miundo hii ya sandwich. Kwa mfano, kuzingatia safu nene ya kutosha kama msingi wa paneli ya sandwich inaweza kusababisha moduli yenye ufanisi zaidi ya Young kuliko safu gumu zaidi23. Kwa kuongeza, tabia ya kupinda ya mihimili ya laminated 24 au auxetic core tubes 25 inaweza kuboreshwa kwa algorithm ya optimization. Kuna masomo mengine juu ya upimaji wa kiufundi wa miundo ya sandwich ya msingi inayoweza kupanuka chini ya mizigo ngumu zaidi. Kwa mfano, majaribio ya mgandamizo wa composites za zege na mijumuisho ya axetic, paneli za sandwich chini ya mizigo inayolipuka27, majaribio ya kupinda28 na majaribio ya athari ya kasi ya chini29, pamoja na uchanganuzi wa kupinda bila mstari wa paneli za sandwich na aggregates auxetic zilizotofautishwa kiutendaji30.
Kwa sababu uigaji wa kompyuta na tathmini za majaribio za miundo kama hii mara nyingi hutumia muda na gharama kubwa, kuna haja ya kubuni mbinu za kinadharia ambazo zinaweza kutoa taarifa zinazohitajika ili kubuni miundo ya msingi ya tabaka nyingi chini ya hali ya upakiaji kiholela. wakati unaofaa. Hata hivyo, mbinu za kisasa za uchambuzi zina idadi ya mapungufu. Hasa, nadharia hizi si sahihi vya kutosha kutabiri tabia ya vifaa vyenye mchanganyiko nene na kuchambua composites inayojumuisha nyenzo kadhaa zilizo na sifa tofauti za elastic.
Kwa kuwa mifano hii ya uchambuzi inategemea mizigo iliyotumiwa na hali ya mipaka, hapa tutazingatia tabia ya flexural ya paneli za sandwich za msingi za auxetic. Nadharia sawa ya safu moja inayotumiwa kwa uchanganuzi kama huo haiwezi kutabiri kwa usahihi mikazo ya kukata na axial katika laminates zisizo na usawa katika composites za sandwich za unene wa wastani. Zaidi ya hayo, katika baadhi ya nadharia (kwa mfano, katika nadharia ya tabaka), idadi ya vigezo vya kinematic (kwa mfano, uhamisho, kasi, nk) inategemea sana idadi ya tabaka. Hii ina maana kwamba uwanja wa mwendo wa kila safu unaweza kuelezewa kwa kujitegemea, huku ukikidhi vikwazo fulani vya kuendelea kimwili. Kwa hiyo, hii inasababisha kuzingatia idadi kubwa ya vigezo katika mfano, ambayo inafanya njia hii kuwa ghali. Ili kuondokana na mapungufu haya, tunapendekeza mbinu kulingana na nadharia ya zigzag, kitengo maalum cha nadharia ya ngazi nyingi. Nadharia hutoa mwendelezo wa mkazo wa shear katika unene wote wa laminate, ikichukua muundo wa zigzag wa uhamishaji wa ndani ya ndege. Kwa hivyo, nadharia ya zigzag inatoa idadi sawa ya vigezo vya kinematic bila kujali idadi ya tabaka katika laminate.
Ili kuonyesha uwezo wa mbinu yetu katika kutabiri tabia ya paneli za sandwich zilizo na cores za concave chini ya mizigo inayopinda, tulilinganisha matokeo yetu na nadharia za kitamaduni (yaani, mbinu yetu na miundo ya kukokotoa (yaani vipengele vya mwisho) na data ya majaribio (yaani, kukunja kwa pointi tatu za Paneli za sandwich zilizochapishwa za 3D). Ili kufikia lengo hili, kwanza tulitoa uhusiano wa kuhamishwa kwa msingi wa nadharia ya zigzag, na kisha tukapata milinganyo ya msingi kwa kutumia kanuni ya Hamilton na kuyatatua kwa kutumia mbinu ya Galerkin.Matokeo yaliyopatikana ni zana yenye nguvu ya kubuni inayolingana. vigezo vya kijiometri vya paneli za sandwich na vichungi vya auxetic, kuwezesha utaftaji wa miundo iliyo na mali iliyoboreshwa ya mitambo.
Fikiria jopo la sandwich la safu tatu (Mchoro 1). Vigezo vya muundo wa kijiometri: safu ya juu \({h}_{t}\), safu ya kati \({h}_{c}\) na safu ya chini \({h}_{ b }\) unene. Tunakisia kwamba msingi wa muundo una muundo wa kimiani ulio na shimo. Muundo unajumuisha seli za msingi zilizopangwa karibu na kila mmoja kwa njia iliyopangwa. Kwa kubadilisha vigezo vya kijiometri vya muundo wa concave, inawezekana kubadilisha mali zake za mitambo (yaani, maadili ya uwiano wa Poisson na ugumu wa elastic). Vigezo vya kijiometri vya kiini cha msingi vinaonyeshwa kwenye Mtini. 1 ikijumuisha pembe (θ), urefu (h), urefu (L) na unene wa safuwima (t).
Nadharia ya zigzag hutoa utabiri sahihi sana wa dhiki na tabia ya mkazo wa miundo yenye mchanganyiko wa safu ya unene wa wastani. Uhamisho wa miundo katika nadharia ya zigzag ina sehemu mbili. Sehemu ya kwanza inaonyesha tabia ya paneli ya sandwich kwa ujumla, wakati sehemu ya pili inaangalia tabia kati ya tabaka ili kuhakikisha mwendelezo wa mkazo wa shear (au kinachojulikana kama kazi ya zigzag). Kwa kuongeza, kipengele cha zigzag hupotea kwenye uso wa nje wa laminate, na si ndani ya safu hii. Kwa hivyo, kazi ya zigzag inahakikisha kwamba kila safu inachangia uharibifu wa jumla wa sehemu ya msalaba. Tofauti hii muhimu hutoa usambazaji halisi zaidi wa kitendakazi wa zigzag ikilinganishwa na kazi zingine za zigzag. Muundo wa zigzag uliobadilishwa wa sasa hautoi mwendelezo wa mkazo wa kung'aa kwenye safu ya kati. Kwa hivyo, uwanja wa uhamishaji kulingana na nadharia ya zigzag unaweza kuandikwa kama ifuatavyo31.
katika mlinganyo. (1), k=b, c na t zinawakilisha tabaka za chini, za kati na za juu, mtawalia. Sehemu ya kuhamishwa ya ndege ya wastani kando ya mhimili wa Cartesian (x, y, z) ni (u, v, w), na mzunguko wa kupinda kwenye ndege kuhusu mhimili wa (x, y) ni \({\uptheta} _ {x}\) na \ ({\ uptheta}_{y}\). \({\psi}_{x}\) na \({\psi}_{y}\) ni idadi ya anga ya mzunguko wa zigzag, na \({\phi}_{x}^{k}\ kushoto) z \kulia)\) na \({\phi}_{y}^{k}\left(z\kulia)\) ni vitendaji vya zigzag.
Amplitude ya zigzag ni kazi ya vector ya majibu halisi ya sahani kwa mzigo uliowekwa. Wanatoa upanuzi unaofaa wa kazi ya zigzag, na hivyo kudhibiti mchango wa jumla wa zigzag kwa uhamishaji katika ndege. Mchujo wa shear kwenye unene wa sahani unajumuisha vipengele viwili. Sehemu ya kwanza ni pembe ya kukata, sare katika unene wa laminate, na sehemu ya pili ni kazi ya mara kwa mara ya kipande, sare katika unene wa kila safu ya mtu binafsi. Kulingana na kazi hizi za mara kwa mara, kazi ya zigzag ya kila safu inaweza kuandikwa kama:
katika mlinganyo. (2), \({c}_{11}^{k}\) na \({c}_{22}^{k}\) ni viambata vya unyumbufu vya kila safu, na h ni jumla ya unene wa diski. Zaidi ya hayo, \({G}_{x}\) na \({G}_{y}\) ni migawo ya wastani ya ugumu wa ukata, iliyoonyeshwa kama 31:
Kazi mbili za amplitude ya zigzag (Equation (3)) na vigeu vitano vilivyobaki vya kinematic (Equation (2)) ya nadharia ya ulemavu wa kung'oa ili kuunda seti ya kinematiki saba zinazohusiana na mabadiliko haya ya nadharia ya sahani ya zigzag. Kwa kuzingatia utegemezi wa mstari wa deformation na kwa kuzingatia nadharia ya zigzag, uwanja wa deformation katika mfumo wa kuratibu wa Cartesian unaweza kupatikana kama:
ambapo \({\varepsilon}_{yy}\) na \({\varepsilon}_{xx}\) ni kasoro za kawaida, na \({\gamma}_{yz},{\gamma}_{xz} \ ) na \({\gamma}_{xy}\) ni kasoro za kukata.
Kwa kutumia sheria ya Hooke na kwa kuzingatia nadharia ya zigzag, uhusiano kati ya dhiki na matatizo ya sahani ya orthotropiki yenye muundo wa kimiani wa concave unaweza kupatikana kutoka kwa equation (1). (5)32 ambapo \({c}_{ij}\) ni uthabiti wa elastic wa tumbo la mkazo.
ambapo \({G}_{ij}^{k}\), \({E}_{ij}^{k}\) na \({v}_{ij}^{k}\) zimekatwa nguvu ni moduli katika mwelekeo tofauti, moduli ya Young na uwiano wa Poisson. Coefficients hizi ni sawa katika pande zote kwa safu ya isotopiki. Kwa kuongezea, kwa viini vinavyorudi vya kimiani, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1, sifa hizi zinaweza kuandikwa upya kama 33.
Utumiaji wa kanuni ya Hamilton kwa milinganyo ya mwendo wa sahani ya safu nyingi na msingi wa kimiani wa concave hutoa milinganyo ya kimsingi ya muundo. Kanuni ya Hamilton inaweza kuandikwa kama:
Miongoni mwao, δ inawakilisha opereta la mabadiliko, U inawakilisha nishati inayoweza kutokea, na W inawakilisha kazi inayofanywa na nguvu ya nje. Jumla ya nishati inayowezekana inapatikana kwa kutumia equation. (9), ambapo A ni eneo la ndege ya wastani.
Kwa kuzingatia matumizi ya sare ya mzigo (p) katika mwelekeo wa z, kazi ya nguvu ya nje inaweza kupatikana kutoka kwa fomula ifuatayo:
Kubadilisha milinganyo (4) na (5) (9) na kuchukua nafasi ya mlingano. (9) na (10) (8) na kuunganisha juu ya unene wa sahani, equation: (8) inaweza kuandikwa upya kama:
Faharasa \(\phi\) inawakilisha kitendakazi cha zigzag, \({N}_{ij}\) na \({Q}_{iz}\) ni nguvu zinazoingia na kutoka nje ya ndege, \({M} _{ij }\) inawakilisha wakati wa kupinda, na fomula ya hesabu ni kama ifuatavyo:
Kutumia ujumuishaji kwa sehemu kwa mlinganyo. Kubadilisha katika fomula (12) na kuhesabu mgawo wa tofauti, mlinganyo unaofafanua wa paneli ya sandwich unaweza kupatikana kwa njia ya fomula (12). (13).
Milinganyo ya udhibiti wa tofauti kwa sahani za safu tatu zinazoungwa mkono kwa uhuru hutatuliwa na njia ya Galerkin. Chini ya dhana ya hali kama-tuli, chaguo la kukokotoa lisilojulikana linazingatiwa kama mlinganyo: (14).
\({u}_{m,n}\), \({v}_{m,n}\), \({w}_{m,n}\),\({{\uptheta}_) {\mathrm {x}}}_{\mathrm {m} \text{,n}}\),\({{\ uptheta }_{\mathrm {y}}}_{\mathrm {m} \text {,n}}\), \({{\uppsi}_{\mathrm{x}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) na \({{\uppsi}_{ \mathrm{y}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) ni viambajengo visivyojulikana ambavyo vinaweza kupatikana kwa kupunguza hitilafu. \(\ muhtasari{\ muhtasari{u}} \kushoto({x{\ maandishi{,y}}} \kulia)\), \(\ muhtasari{\jumla{v}} \kushoto({x{\text) {,y}}} \kulia)\), \(\ muhtasari{\ muhtasari{w}} \kushoto( {x{\ maandishi{,y}}} \kulia)\), \(\ muhtasari{\ juu ya mstari {{{\ uptheta}_{x}}}} \kushoto( {x{\text{,y}}} \kulia)\), \(\jumla{\jumla{{{\uptheta}_{y} }}} \kushoto( {x{\text{,y}}} \kulia)\), \(\ muhtasari{\jumla{{\psi_{x}}}} \kushoto( {x{\text{, y}}} \kulia)\) na \(\ muhtasari{\ muhtasari{{ \psi_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \kulia)\) ni kazi za majaribio, ambayo inapaswa kukidhi masharti ya mipaka ya lazima. Kwa hali za mpaka zinazotumika tu, kazi ya jaribio inaweza kuhesabiwa tena kama:
Ubadilishaji wa milinganyo hutoa milinganyo ya aljebra. (14) kwa milinganyo inayosimamia, ambayo inaweza kusababisha kupata miraba isiyojulikana katika mlingano (14). (14).
Tunatumia uundaji wa kipengee chenye ukomo (FEM) ili kuiga kwa kompyuta upindaji wa paneli ya sandwich inayotumika kwa uhuru na muundo wa kimiani kama msingi. Uchanganuzi ulifanywa katika msimbo wa kipengele chenye ukomo wa kibiashara (kwa mfano, Abaqus toleo la 6.12.1). Vipengee vikali vya 3D hexahedral (C3D8R) vilivyounganishwa vilivyorahisishwa vilitumiwa kuiga tabaka za juu na chini, na vipengele vya mstari wa tetrahedral (C3D4) vilitumiwa kuiga muundo wa kimiani (concave). Tulifanya uchanganuzi wa unyeti wa wavu ili kujaribu muunganisho wa wavu na tukahitimisha kuwa matokeo ya uhamishaji yaliunganishwa kwa ukubwa mdogo wa kipengele kati ya safu tatu. Sahani ya sandwich ni kubeba kwa kutumia kazi ya mzigo wa sinusoidal, kwa kuzingatia hali ya mipaka inayoungwa mkono kwa uhuru kwenye kando nne. Tabia ya laini ya mitambo ya elastic inazingatiwa kama kielelezo cha nyenzo kilichopewa tabaka zote. Hakuna mawasiliano maalum kati ya tabaka, zimeunganishwa.
Tulitumia mbinu za uchapishaji za 3D ili kuunda mfano wetu (yaani, paneli ya sandwich ya msingi iliyochapishwa mara tatu) na usanidi wa majaribio maalum ili kutumia hali sawa za kupinda (upakiaji sare p kando ya mwelekeo wa z) na masharti ya mipaka (yaani. Inatumika tu). kudhaniwa katika mbinu yetu ya uchambuzi (Mchoro 1).
Paneli ya sandwich iliyochapishwa kwenye kichapishi cha 3D ina ngozi mbili (juu na chini) na msingi wa kimiani, vipimo vyake vinaonyeshwa kwenye Jedwali 1, na ilitengenezwa kwenye kichapishi cha Ultimaker 3 3D (Italia) kwa kutumia njia ya uwekaji ( FDM). teknolojia hutumiwa katika mchakato wake. Sisi 3D tulichapisha bamba la msingi na muundo wa kimiani kuu pamoja, na tukachapisha safu ya juu kando. Hii husaidia kuzuia matatizo yoyote wakati wa mchakato wa kuondolewa kwa usaidizi ikiwa muundo wote unapaswa kuchapishwa mara moja. Baada ya uchapishaji wa 3D, sehemu mbili tofauti zimeunganishwa kwa kutumia superglue. Tulichapisha vipengee hivi kwa kutumia asidi ya polylactic (PLA) kwa kiwango cha juu zaidi cha msongamano wa kujaza (yaani 100%) ili kuzuia kasoro zozote za uchapishaji zilizojanibishwa.
Mfumo maalum wa kubana unaiga masharti sawa ya mipaka ya usaidizi iliyopitishwa katika muundo wetu wa uchanganuzi. Hii inamaanisha kuwa mfumo wa kukamata huzuia ubao kusogea kando ya kingo zake katika mielekeo ya x na y, ikiruhusu kingo hizi kuzunguka kwa uhuru kuzunguka shoka za x na y. Hii inafanywa kwa kuzingatia minofu na radius r = h / 2 kwenye kando nne za mfumo wa kukamata (Mchoro 2). Mfumo huu wa kushinikiza pia unahakikisha kuwa mzigo uliowekwa unahamishwa kikamilifu kutoka kwa mashine ya kupima hadi kwenye jopo na kuunganishwa na mstari wa kati wa jopo (Mchoro 2). Tulitumia teknolojia ya uchapishaji ya ndege nyingi za 3D (ObjetJ735 Connex3, Stratasys® Ltd., Marekani) na resini ngumu za kibiashara (kama vile mfululizo wa Vero) ili kuchapisha mfumo wa kishiko.
Mchoro wa kimpango wa mfumo maalum wa kukamata uliochapishwa wa 3D na uunganisho wake na paneli ya sandwich iliyochapishwa ya 3D na msingi wa auxetic.
Tunafanya majaribio ya mgandamizo wa kiasi-tuli unaodhibitiwa na mwendo kwa kutumia benchi ya majaribio ya kimakanika (Lloyd LR, shehena ya seli = 100 N) na kukusanya nguvu za mashine na uhamishaji kwa kasi ya sampuli ya 20 Hz.
Sehemu hii inatoa utafiti wa nambari wa muundo wa sandwich uliopendekezwa. Tunadhani kwamba tabaka za juu na za chini zinafanywa kwa resin ya kaboni epoxy, na muundo wa kimiani wa msingi wa concave unafanywa na polima. Tabia za mitambo za nyenzo zilizotumiwa katika utafiti huu zinaonyeshwa katika Jedwali 2. Kwa kuongeza, uwiano usio na kipimo wa matokeo ya uhamisho na mashamba ya mkazo yanaonyeshwa katika Jedwali la 3.
Uhamisho wa juu zaidi wa wima usio na kipimo wa sahani iliyopakiwa kwa uhuru ililinganishwa na matokeo yaliyopatikana kwa mbinu tofauti (Jedwali 4). Kuna makubaliano mazuri kati ya nadharia inayopendekezwa, mbinu ya kipengele cha mwisho na uthibitishaji wa majaribio.
Tulilinganisha uhamishaji wa wima wa nadharia ya zigzag iliyorekebishwa (RZT) na nadharia ya elasticity ya 3D (Pagano), nadharia ya uharibifu wa shear ya kwanza (FSDT), na matokeo ya FEM (ona Mchoro 3). Nadharia ya mpangilio wa kwanza wa shear, kulingana na michoro ya uhamishaji wa sahani nene za multilayer, inatofautiana zaidi na suluhisho la elastic. Walakini, nadharia ya zigzag iliyorekebishwa inatabiri matokeo sahihi sana. Kwa kuongeza, tulilinganisha pia mkazo wa nje wa ndege na mkazo wa kawaida wa ndani ya ndege wa nadharia mbalimbali, kati ya ambayo nadharia ya zigzag ilipata matokeo sahihi zaidi kuliko FSDT (Mchoro 4).
Ulinganisho wa mkazo wa kawaida wa wima unaokokotolewa kwa kutumia nadharia tofauti katika y = b/2.
Mabadiliko ya mkazo wa kukata manyoya (a) na mkazo wa kawaida (b) katika unene wa paneli ya sandwich, inayokokotolewa kwa kutumia nadharia mbalimbali.
Kisha, tulichambua ushawishi wa vigezo vya kijiometri vya kiini cha kitengo na msingi wa concave kwenye mali ya jumla ya mitambo ya jopo la sandwich. Pembe ya seli ya kitengo ni kigezo muhimu zaidi cha kijiometri katika muundo wa miundo ya kimiani inayoingia tena34,35,36. Kwa hiyo, tulihesabu ushawishi wa pembe ya seli ya kitengo, pamoja na unene nje ya msingi, juu ya upungufu wa jumla wa sahani (Mchoro 5). Kadiri unene wa safu ya kati unavyoongezeka, upungufu wa juu usio na kipimo hupungua. Nguvu ya kukunja ya jamaa huongezeka kwa tabaka za msingi zenye nene na wakati \(\frac{{h}_{c}}{h}=1\) (yaani, kunapokuwa na safu moja ya concave). Paneli za sandwich na seli ya kitengo cha axetic (yaani \(\theta =70^\circ\)) zina uhamisho mdogo zaidi (Mchoro 5). Hii inaonyesha kwamba nguvu ya kuinama ya msingi wa auxetic ni ya juu zaidi kuliko ile ya msingi ya kawaida ya auxetic, lakini haina ufanisi na ina uwiano mzuri wa Poisson.
Mkengeuko wa kiwango cha juu wa kawaida wa kifimbo cha kimiani chenye pembe tofauti za seli na unene wa nje ya ndege.
Unene wa msingi wa wavu wa auxetic na uwiano wa kipengele (yaani \(\theta=70^\circ\)) huathiri uhamishaji wa juu wa sahani ya sandwich (Mchoro 6). Inaweza kuonekana kuwa upungufu wa juu wa sahani huongezeka kwa kuongezeka kwa h / l. Kwa kuongeza, kuongeza unene wa msingi wa auxetic hupunguza porosity ya muundo wa concave, na hivyo kuongeza nguvu ya bending ya muundo.
Upungufu wa juu wa paneli za sandwich unasababishwa na miundo ya kimiani yenye msingi wa auxetic wa unene na urefu mbalimbali.
Utafiti wa nyanja za mkazo ni eneo la kuvutia ambalo linaweza kuchunguzwa kwa kubadilisha vigezo vya kijiometri vya seli ya kitengo ili kusoma njia za kushindwa (kwa mfano, delamination) za miundo ya safu nyingi. Uwiano wa Poisson una athari kubwa kwenye uwanja wa mikazo ya nje ya ndege kuliko mkazo wa kawaida (tazama Mchoro 7). Kwa kuongeza, athari hii ni inhomogeneous katika mwelekeo tofauti kutokana na mali ya orthotropic ya nyenzo za gratings hizi. Vigezo vingine vya kijiometri, kama vile unene, urefu, na urefu wa miundo ya concave, vilikuwa na athari ndogo kwenye uwanja wa mkazo, kwa hivyo havikuchanganuliwa katika utafiti huu.
Badilisha katika vipengele vya mkazo wa kukata manyoya katika tabaka tofauti za paneli ya sandwich na kichungi cha kimiani kilicho na pembe tofauti za concavity.
Hapa, nguvu ya kupinda ya bamba la tabaka nyingi linaloungwa mkono kwa uhuru na msingi wa kimiani wa concave inachunguzwa kwa kutumia nadharia ya zigzag. Uundaji unaopendekezwa unalinganishwa na nadharia zingine za kitamaduni, ikijumuisha nadharia ya unyumbufu ya pande tatu, nadharia ya utengano wa ung'oaji wa mpangilio wa kwanza, na FEM. Pia tunathibitisha mbinu yetu kwa kulinganisha matokeo yetu na matokeo ya majaribio kwenye miundo ya sandwich iliyochapishwa ya 3D. Matokeo yetu yanaonyesha kuwa nadharia ya zigzag inaweza kutabiri mabadiliko ya miundo ya sandwich ya unene wa wastani chini ya mizigo inayopinda. Kwa kuongeza, ushawishi wa vigezo vya kijiometri vya muundo wa kimiani wa concave kwenye tabia ya kupiga paneli za sandwich ilichambuliwa. Matokeo yanaonyesha kuwa kadiri kiwango cha auxetic inavyoongezeka (yaani, θ <90), nguvu ya kupiga huongezeka. Kwa kuongeza, kuongeza uwiano wa kipengele na kupunguza unene wa msingi itapunguza nguvu ya kupiga jopo la sandwich. Hatimaye, athari ya uwiano wa Poisson juu ya mkazo wa shear ya nje ya ndege inasomwa, na inathibitishwa kuwa uwiano wa Poisson una ushawishi mkubwa juu ya dhiki ya shear inayotokana na unene wa sahani ya laminated. Fomula zilizopendekezwa na hitimisho zinaweza kufungua njia ya kubuni na uboreshaji wa miundo ya safu nyingi na vichungi vya kimiani vya concave chini ya hali ngumu zaidi ya upakiaji muhimu kwa muundo wa miundo ya kubeba mzigo katika anga na teknolojia ya matibabu.
Seti za data zilizotumika na/au kuchambuliwa katika utafiti wa sasa zinapatikana kutoka kwa waandishi husika kwa ombi linalofaa.
Aktai L., Johnson AF na Kreplin B. Kh. Uigaji wa nambari wa sifa za uharibifu wa chembe za asali. mhandisi. fractal. manyoya. 75(9), 2616–2630 (2008).
Gibson LJ na Ashby MF Mango yenye vinyweleo: Muundo na Sifa (Cambridge University Press, 1999).
Muda wa kutuma: Aug-12-2023