Go raibh maith agat as cuairt a thabhairt ar Nature.com. Tá tú ag baint úsáide as leagan brabhsálaí a bhfuil tacaíocht CSS teoranta aige. Chun an taithí is fearr a fháil, molaimid duit brabhsálaí nuashonraithe a úsáid (nó Mód Comhoiriúnachta a dhíchumasú in Internet Explorer). Idir an dá linn, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, táimid ag taispeáint an tsuímh gan stíleanna agus JavaScript.
Úsáidtear struchtúir painéil ceapaire go forleathan i go leor tionscail mar gheall ar a n-airíonna meicniúla ard. Is fachtóir an-tábhachtach é interlayer na struchtúr seo chun a n-airíonna meicniúla a rialú agus a fheabhsú faoi choinníollacha luchtaithe éagsúla. Is iarrthóirí den scoth iad struchtúir laitíse cuasach lena n-úsáid mar idirshraitheanna i struchtúir ceapaire den sórt sin ar chúiseanna éagsúla, is iad sin a n-elasticity (eg, cóimheas Poisson agus luachanna stiffness leaisteacha) agus insínteacht (eg, ard-leaisteachas) a choigeartú ar mhaithe le simplíocht. Baintear amach airíonna an chóimheasa neart-go-meáchain trí na heilimintí geoiméadracha a chomhdhéanann an aonad cille amháin a choigeartú. Anseo, déanaimid imscrúdú ar fhreagairt flexural painéal ceapaire croí cuasach 3-ciseal ag baint úsáide as tástálacha anailíseacha (ie, teoiric zigzag), ríomhaireachtúil (ie, eilimint chríochta) agus trialacha turgnamhacha. Rinneamar anailís freisin ar éifeacht paraiméadair gheoiméadracha éagsúla an struchtúir laitíse cuasach (m.sh. uillinn, tiús, fad aonad cille go cóimheas airde) ar iompar meicniúil foriomlán an struchtúir ceapaire. Tá sé faighte amach againn go léiríonn struchtúir lárnacha a bhfuil iompar auxetic acu (ie cóimheas diúltach Poisson) neart solúbthachta níos airde agus íos-strus lomadh eitleáin i gcomparáid le gnáthghrátálacha. D’fhéadfadh ár dtorthaí an bealach a réiteach d’fhorbairt ardstruchtúir ilchisealacha a bhfuil innealtóireacht déanta orthu le laitísí lárnacha ailtireachta d’fheidhmeanna aeraspáis agus bithleighis.
Mar gheall ar a n-ard-neart agus a meáchan íseal, úsáidtear struchtúir ceapaire go forleathan i go leor tionscail, lena n-áirítear dearadh trealamh meicniúil agus spóirt, innealtóireacht mhara, aeraspáis agus bithleighis. Iarrthóir féideartha amháin is ea struchtúir laitíse cuasach atá á meas mar shraitheanna lárnacha i struchtúir chomhchodacha den sórt sin mar gheall ar a gcumas ionsúcháin fuinnimh níos fearr agus a n-airíonna cóimheasa neart-go-meáchain ard1,2,3. San am atá caite, rinneadh iarrachtaí móra struchtúir ceapaire éadroma a dhearadh le laitís cuasach chun na hairíonna meicniúla a fheabhsú tuilleadh. I measc samplaí de dhearaí dá leithéid tá ualaí ardbhrú i gcabhlacha long agus maolaitheoirí turrainge i ngluaisteáin4,5. Is é an fáth go bhfuil an struchtúr laitíse cuasach an-tóir, uathúil agus oiriúnach le haghaidh tógáil painéil ceapaire ná a chumas a n-airíonna elasomechanical a thiúnadh go neamhspleách (m.sh. stiffness leaisteacha agus comparáid Poisson). Airíonna spéisiúla amháin den sórt sin is ea an t-iompar auxetic (nó cóimheas diúltach Poisson), a thagraíonn d'fhorleathnú cliathánach struchtúir laitíse nuair a shíntear í go fadaimseartha. Tá baint ag an iompar neamhghnách seo le dearadh micreastruchtúrach na gcealla bunrang atá ann7,8,9.
Ó rinne Lakes taighde tosaigh ar tháirgeadh cúr auxetic, tá iarrachtaí suntasacha déanta chun struchtúir phóiriúla a fhorbairt le cóimheas diúltach Poisson10,11. Tá roinnt céimseataí molta chun an sprioc seo a bhaint amach, mar shampla cealla aonaid ciriúla, leath-docht, agus aonaid rothlaithe docht,12 agus léiríonn siad seo go léir iompar auxetic. D'éascaigh teacht na dteicneolaíochtaí déantúsaíochta breiseán (AM, ar a dtugtar priontáil 3D freisin) cur i bhfeidhm na struchtúr uathéiteach 2D nó 3D seo13.
Soláthraíonn an t-iompar auxetic airíonna meicniúla uathúla. Mar shampla, léirigh Lakes and Elms14 go bhfuil neart toraidh níos airde ag cúr auxetic, cumas ionsú fuinnimh tionchair níos airde, agus stiffness níos ísle ná cúr traidisiúnta. Maidir le hairíonna meicniúla dinimiciúla cúr auxetic, léiríonn siad friotaíocht níos airde faoi ualaí briseadh dinimiciúil agus fadú níos airde faoi teannas íon15. Ina theannta sin, feabhsóidh úsáid snáithíní auxetic mar ábhair athneartaithe i gcomhchodanna a n-airíonna meicniúla16 agus a fhriotaíocht in aghaidh damáiste de bharr síneadh snáithíní17.
Tá sé léirithe ag taighde freisin gur féidir feabhas a chur ar a bhfeidhmíocht lasmuigh den eitleán trí úsáid a bhaint as struchtúir uathacha cuasacha mar chroílár struchtúir chuartha, lena n-áirítear stiffness agus neart flexural18. Ag baint úsáide as múnla cisealta, tugadh faoi deara freisin gur féidir le croí-chiseal auxetic neart briste na bpainéal ilchodach a mhéadú19. Cuireann comhdhúile le snáithíní auxetic cosc freisin ar iomadú crack i gcomparáid le snáithíní traidisiúnta20.
Mhúnlaigh Zhang et al.21 iompar imbhuailte dinimiciúil na struchtúr cille fillte. Fuair siad amach go bhféadfaí feabhas a chur ar ionsú voltais agus fuinnimh trí uillinn na cille aonaid auxetic a mhéadú, rud a d'fhág go mbeadh gríl le cóimheas Poisson níos diúltaí. Mhol siad freisin go bhféadfaí painéil ceapaire auxetic den sórt sin a úsáid mar struchtúir chosanta i gcoinne ualaí tionchair ardráta brú. Thuairiscigh Imbalzano et al.22 freisin gur féidir le leatháin ilchodacha uathacha níos mó fuinnimh a scaipeadh (ie dhá oiread) trí dhífhoirmiú plaisteach agus is féidir leo an luas barr ar an taobh chúl a laghdú 70% i gcomparáid le leatháin aonair sraithe.
Le blianta beaga anuas, tugadh aird mhór ar staidéir uimhriúla agus thurgnamhach ar struchtúir ceapaire le filler auxetic. Aibhsíonn na staidéir seo bealaí chun airíonna meicniúla na struchtúr ceapaire seo a fheabhsú. Mar shampla, má fhéachtar ar chiseal auxetic tiubh go leor mar chroílár painéil ceapaire is féidir modulus Young níos éifeachtaí ná an ciseal is déine23 a bheith mar thoradh air. Ina theannta sin, is féidir feabhas a chur ar iompar lúbthachta bíomaí lannaithe 24 nó feadáin croí auxetic 25 leis an algartam leas iomlán a bhaint. Tá staidéir eile ar thástáil mheicniúil ar chroí-struchtúir ceapaire inmhéadaithe faoi ualaí níos casta. Mar shampla, tástáil chomhbhrú ar chomhábhair choincréite le comhiomláin auxetic, painéil ceapaire faoi ualaí pléascacha27, tástálacha lúbthachta28 agus tástálacha tionchair ísealtreoluas29, chomh maith le hanailís ar lúbadh neamhlíneach painéil ceapaire le comhiomláin aicéiteacha atá difreáilte ó thaobh feidhme30.
Toisc go mbíonn insamhaltaí ríomhaire agus meastóireachtaí turgnamhacha ar dhearaí den sórt sin am-íditheach agus costasach go minic, tá gá le modhanna teoiriciúla a fhorbairt a fhéadfaidh an fhaisnéis is gá a sholáthar go héifeachtach agus go cruinn chun croí-struchtúir ilchisealacha aicéitigh a dhearadh faoi choinníollacha lódála treallach. am réasúnta. Mar sin féin, tá roinnt teorainneacha ag baint le modhanna anailíse nua-aimseartha. Go háirithe, níl na teoiricí seo cruinn go leor chun iompar ábhar ilchodach sách tiubh a thuar agus chun anailís a dhéanamh ar chomhchodanna atá comhdhéanta de roinnt ábhar a bhfuil airíonna leaisteacha éagsúla acu.
Ós rud é go mbraitheann na samhlacha anailíseacha seo ar ualaí feidhmeacha agus ar choinníollacha teorann, anseo díreoimid ar iompar flexural na bpainéal ceapaire croí auxetic. Ní féidir leis an teoiric choibhéiseach sraithe singil a úsáidtear le haghaidh anailísí den sórt sin struis lomadh agus aiseach a thuar i gceart i lannáin an-neamhchineálacha i gcomhchodanna ceapaire de thiús measartha. Thairis sin, i roinnt teoiricí (mar shampla, sa teoiric layered), braitheann líon na n-athróg cineamatach (mar shampla, díláithriú, treoluas, etc.) go láidir ar líon na sraitheanna. Ciallaíonn sé seo gur féidir cur síos neamhspleách a dhéanamh ar réimse tairiscint gach ciseal, agus srianta leanúnachais fisiceacha áirithe á gcomhlíonadh. Dá bhrí sin, mar thoradh air seo cuirtear san áireamh líon mór athróg sa mhúnla, rud a fhágann go bhfuil an cur chuige seo costasach go ríomhaireachtúil. Chun na teorainneacha seo a shárú, molaimid cur chuige atá bunaithe ar theoiric zigzag, fo-aicme ar leith de theoiric illeibhéil. Soláthraíonn an teoiric leanúnachas an strus lomadh ar fud an tiús an laminate, ag glacadh leis patrún zigzag de in-eitleáin díláithrithe. Mar sin, tugann an teoiric zigzag an líon céanna athróg cineamatach beag beann ar líon na sraitheanna sa laminate.
Chun cumhacht ár modh a léiriú maidir le hiompar painéil ceapaire le croíleacáin chuasach faoi ualaí lúbthachta a thuar, rinneamar ár dtorthaí a chur i gcomparáid le teoiricí clasaiceacha (.i. ár gcur chuige le samhlacha ríomhaireachtúla (.i. eilimintí críochta) agus sonraí turgnamhacha (.i. lúbadh trí phointe de). Painéil ceapaire clóite 3D).Chun na críche sin, fuaireamar an gaol díláithrithe bunaithe ar an teoiric zigzag ar dtús, agus ansin fuaireamar na cothromóidí bunreachtúla ag baint úsáide as prionsabal Hamilton agus réitigh siad iad ag baint úsáide as modh Galerkin. Is uirlis chumhachtach iad na torthaí a fhaightear chun dearadh comhfhreagrach a dhéanamh. paraiméadair gheoiméadracha na bpainéal ceapaire le líontóirí auxetic, a éascaíonn an cuardach le haghaidh struchtúir a bhfuil airíonna meicniúla feabhsaithe.
Smaoinigh ar phainéal ceapaire trí chiseal (Fig. 1). Paraiméadair dearaidh geoiméadrach: ciseal barr \({h}_{t}\), ciseal lár \({h}_{c}\) agus ciseal bun \({ h}_{ b }\) tiús. Tugaimid hipitéis go bhfuil an croí struchtúrach comhdhéanta de struchtúr laitíse claonta. Is éard atá sa struchtúr cealla tosaigh atá socraithe in aice lena chéile ar bhealach ordúil. Trí na paraiméadair gheoiméadracha de struchtúr cuasach a athrú, is féidir a n-airíonna meicniúla a athrú (ie, luachanna cóimheas Poisson agus stiffness leaisteacha). Léirítear paraiméadair gheoiméadracha na cille tosaigh i bhFíoracha. 1 lena n-áirítear uillinn (θ), fad (h), airde (L) agus tiús colún (t).
Soláthraíonn an teoiric zigzag tuar an-chruinn ar iompar struis agus brú na struchtúr ilchodach cisealta de thiús measartha. Tá dhá chuid i ndíláithriú struchtúrach sa teoiric zigzag. Taispeánann an chéad chuid iompar an phainéil ceapaire ina iomláine, agus breathnaíonn an dara cuid ar an iompar idir sraitheanna chun leanúnachas strus lomadh a chinntiú (nó an fheidhm zigzag mar a thugtar air). Ina theannta sin, imíonn an eilimint zigzag ar dhromchla seachtrach an laminate, agus ní taobh istigh den chiseal seo. Mar sin, cinntíonn an fheidhm zigzag go gcuireann gach ciseal leis an dífhoirmiúchán iomlán trasghearrtha. Soláthraíonn an difríocht thábhachtach seo dáileadh fisiceach níos réadúla ar an bhfeidhm zigzag i gcomparáid le feidhmeanna zigzag eile. Ní sholáthraíonn an tsamhail zigzag modhnaithe reatha leanúnachas struis lomadh trasna na sraithe idirmheánach. Mar sin, is féidir an réimse díláithriúcháin atá bunaithe ar theoiric na zigzag a scríobh mar seo a leanas31.
sa chothromóid. Léiríonn (1), k=b, c agus t na sraitheanna íochtair, lár agus barr, faoi seach. Is é (u, v, w) an réimse díláithriúcháin den mheánphlána feadh na haise Cairtéiseach (x, y, z), agus is é \({\uptheta} _ an rothlú lúbthachta san eitleán thart ar an (x, y) _ {x}\) agus \({\uptheta}_{y}\). Is cainníochtaí spásúla iad \({\psi}_{x}\) agus \({\psi}_{y}\) rothlú zigzag, agus \({\phi}_{x}^{k}\ fágtha ( Is feidhmeanna zigzag iad z \right)\) agus \({\phi}_{y}^{k}\left(z\right)\).
Is feidhm veicteoireach é aimplitiúid an zigzag ar fhreagra iarbhír an phláta ar an ualach a chuirtear i bhfeidhm. Soláthraíonn siad scálú cuí ar fheidhm na zigzag, agus ar an gcaoi sin rialaítear rannchuidiú foriomlán an iatamaigh leis an díláithriú san eitleán. Is éard atá brú lomadh ar fud an tiús pláta de dhá chomhpháirt. Is é an chéad chuid an uillinn lomadh, aonfhoirmeach ar fud an tiús an laminate, agus tá an dara cuid feidhm tairiseach piecewise, aonfhoirmeach ar fud an tiús gach ciseal aonair. De réir na bhfeidhmeanna tairiseacha píosa-chruthach seo, is féidir feidhm zigzag gach ciseal a scríobh mar:
sa chothromóid. (2), \({c}_{11}^{k}\) agus \({c}_{22}^{k}\) tairisigh leaisteachas gach ciseal, agus is é h tiús iomlán an diosca. Ina theannta sin, is iad \({G}_{x}\) agus \({G}_{y}\) na comhéifeachtaí meánrochtana lomtha ualaithe, arna shloinneadh mar 31:
Is ionann an dá fheidhm aimplitiúid zigzag (Cothromóid (3)) agus na cúig athróg chinéimiteach eile (Cothromóid (2)) den teoiric dífhoirmithe lomadh den chéad ord agus sraith de sheacht gcineamataic a bhaineann leis an athróg modhnaithe teoiric pláta zigzag seo. Ag glacadh le spleáchas líneach ar an dífhoirmiúchán agus ag cur san áireamh an teoiric zigzag, is féidir an réimse dífhoirmithe sa chóras comhordaithe Cartesian a fháil mar:
nuair is gnáth-dhífhoirmíochtaí iad \({\varepsilon}_{yy}\) agus \({\varepsilon}_{xx}\), agus \({\gamma}_{yz},{\gamma}_{xz} Is dífhoirmíochtaí lomadh iad \ ) agus \({ \gáma}_{xy}\).
Ag baint úsáide as dlí Hooke agus ag cur san áireamh an teoiric zigzag, is féidir an gaol idir strus agus brú pláta orthotropic le struchtúr laitíse cuasach a fháil ó chothromóid (1). (5)32 nuair is é \({c}_{ij}\) tairiseach leaisteach na maitrís struis-bhrú.
ina bhfuil \({G}_{ij}^{k}\), \({E}_{ij}^{k}\) agus \({v}_{ij}^{k}\) gearrtha Is é fórsa an modulus i dtreonna difriúla, modulus Young agus cóimheas Poisson. Tá na comhéifeachtaí seo cothrom i ngach treo don chiseal iseatópach. Ina theannta sin, maidir le núicléis fillte na laitíse, mar a thaispeántar i bhFíor 1, is féidir na hairíonna seo a athscríobh mar 33.
Soláthraíonn feidhmiú phrionsabal Hamilton maidir le cothromóidí gluaisne pláta ilchiseal le croí laitíse cuasach na cothromóidí bunúsacha don dearadh. Is féidir prionsabal Hamilton a scríobh mar:
Ina measc, seasann δ don oibreoir athraitheach, seasann U don fhuinneamh poitéinsil brú, agus seasann W don obair a dhéanann an fórsa seachtrach. Faightear an fuinneamh brú poitéinsil iomlán leis an gcothromóid. (9), áit arb é A réigiún an phlána airmheánaigh.
Ag glacadh leis go gcuirfear an t-ualach (p) i bhfeidhm go haonfhoirmeach sa treo z, is féidir obair an fhórsa seachtrach a fháil ón bhfoirmle seo a leanas:
Cothromóidí (4) agus (5) (9) a ionadú agus cothromóid a athsholáthar. (9) agus (10) (8) agus a chomhtháthú thar an tiús pláta, is féidir an chothromóid: (8) a athscríobh mar:
Seasann an t-innéacs \(\phi\) don fheidhm zigzag, \({N}_{ij}\) agus \({Q}_{iz}\) fórsaí isteach agus amach as an eitleán, \({M} Seasann _{ij }\) do mhóimint lúbthachta, agus seo a leanas an fhoirmle ríofa:
Comhtháthú trí chodanna a chur i bhfeidhm ar an gcothromóid. Ag ionadú i bhfoirmle (12) agus ag ríomh an chomhéifeacht éagsúlachta, is féidir cothromóid shainithe an phainéil ceapaire a fháil i bhfoirm foirmle (12). (13).
Déantar na cothromóidí rialaithe difreálach do phlátaí trí chiseal a thacaítear go saor a réiteach trí mhodh Galerkin. De réir toimhde na gcoinníollacha gar-statacha, meastar an fheidhm anaithnid mar chothromóid: (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 \({{\uppsi}_{ Is tairisigh anaithnide iad \mathrm{y}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) is féidir a fháil tríd an earráid a íoslaghdú. \(\forlíne{\forlíne{u}} \clé({x{\text{,y}}} \deas)\), \(\forlíne{\forlíne{v}} \clé({x{\text {,y}}} \ceart)\), \(\forlíne{\forlíne{w}} \clé( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\forlíne{\forlíne {{{\uptheta}_{x}}}} \left( {x{\text{,y}}} \deas)\), \(\forlíne{\forlíne{{{\uptheta}_{y} }}} \clé( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\forlíne{\forlíne{{\psi_{x}}}} \left( {x{\text{, is feidhmeanna tástála iad y}}} \right)\) agus \(\forlíne{\overline{{ \psi_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), a chaithfidh na híoschoinníollacha teorann is gá a chomhlíonadh. I gcás coinníollacha teorann díreach tacaithe, is féidir an fheidhm tástála a athríomh mar:
Tugann ionadú cothromóidí cothromóidí ailgéabracha. (14) leis na cothromóidí rialaithe, is féidir a bheith ina chúis le comhéifeachtaí anaithnid a fháil sa chothromóid (14). (14).
Bainimid úsáid as samhaltú eiliminte críochta (FEM) chun insamhail ríomhaire a dhéanamh ar lúbadh painéil ceapaire a bhfuil saorthacaíocht aige le struchtúr laitíse cuasach mar chroílár. Rinneadh an anailís i gcód eiliminte críochta tráchtála (mar shampla, leagan Abaqus 6.12.1). Baineadh úsáid as eilimintí soladacha heicsahedral 3D (C3D8R) le comhtháthú simplithe chun na sraitheanna barr agus bun a shamhaltú, agus baineadh úsáid as eilimintí líneacha teitrihéadrach (C3D4) chun an struchtúr laitíse idirmheánach (cuasach) a shamhaltú. Rinneamar anailís íogaireachta mogaill chun cóineasú an mhogalra a thástáil agus bhaineamar de thátal as go raibh na torthaí díláithrithe le chéile ag an méid gné is lú i measc na dtrí shraith. Tá an pláta ceapaire luchtaithe ag baint úsáide as an bhfeidhm ualach sinusoidal, ag cur san áireamh na coinníollacha teorann a thacaítear go saor ag na ceithre imill. Breathnaítear ar an iompar meicniúil leaisteacha líneach mar mhúnla ábhartha a shanntar do gach sraith. Níl aon teagmháil shonrach idir na sraitheanna, tá siad idirnasctha.
D'úsáideamar teicnící priontála 3D chun ár fhréamhshamhail a chruthú (ie painéal ceapaire croí-uathoibríoch clóite triple) agus socrú turgnamhach saincheaptha comhfhreagrach chun coinníollacha lúbthachta comhchosúla a chur i bhfeidhm (ualach aonfhoirmeach p feadh an treo z) agus coinníollacha teorann (ie . díreach tacaithe). Glactar leis inár gcur chuige anailíseach (Fíor 1).
Tá an painéal ceapaire clóite ar printéir 3D comhdhéanta de dhá chraiceann (uachtair agus íochtair) agus croí laitíse cuasach, a bhfuil a toisí léirithe i dTábla 1, agus a mhonaraítear ar printéir Ultimaker 3 3D (an Iodáil) ag baint úsáide as an modh taisce ( FDM). úsáidtear teicneolaíocht ina phróiseas. Phriontálamar 3D an pláta bonn agus an príomh-struchtúr laitíse auxetic le chéile, agus phriontáileamar an ciseal barr ar leithligh. Cuidíonn sé seo le haon deacrachtaí a sheachaint le linn an phróisis bhaint tacaíochta más gá an dearadh iomlán a phriontáil láithreach. Tar éis priontáil 3D, greamaítear dhá chuid ar leith le chéile ag baint úsáide as superglue. Rinneamar na comhpháirteanna seo a phriontáil ag baint úsáide as aigéad pholalachtach (PLA) ag an dlús inlíonta is airde (ie 100%) chun aon lochtanna priontála logánta a chosc.
Déanann an córas clampála saincheaptha aithris ar na coinníollacha teorann tacaíochta simplí céanna a glacadh inár múnla anailíseach. Ciallaíonn sé seo go gcuireann an córas greimithe cosc ar an gclár gluaiseacht feadh a imill sna treoracha x agus y, rud a ligeann do na himill seo rothlú go saor timpeall na haiseanna x agus y. Déantar é seo trí mheas a dhéanamh ar fhilléid a bhfuil ga r = h/2 acu ag ceithre imeall an chórais ghreamaithe (Fig. 2). Cinntíonn an córas clampála seo freisin go ndéantar an t-ualach feidhmithe a aistriú go hiomlán ón meaisín tástála go dtí an painéal agus a ailíniú le lárlíne an phainéil (fig. 2). D’úsáideamar teicneolaíocht priontála il-scairde 3D (ObjetJ735 Connex3, Stratasys® Ltd., USA) agus roisíní tráchtála dochta (cosúil le sraith Vero) chun an córas greim a phriontáil.
Léaráid scéimreach de chóras greamaithe saincheaptha clóite 3D agus a thionól le painéal ceapaire clóite 3D le croí auxetic.
Déanaimid tástálacha comhbhrú samhail-rialaithe gluaisne ag baint úsáide as binse tástála meicniúil (Lloyd LR, cill ualach = 100 N) agus bailímid fórsaí meaisín agus díláithrithe ag ráta samplála 20 Hz.
Cuireann an chuid seo i láthair staidéar uimhriúil ar an struchtúr ceapaire a bheartaítear. Glacaimid leis go bhfuil na sraitheanna barr agus bun déanta as roisín eapocsa carbóin, agus tá struchtúr laitíse an chroí cuasach déanta as polaiméir. Taispeántar airíonna meicniúla na n-ábhar a úsáideadh sa staidéar seo i dTábla 2. Ina theannta sin, léirítear i dTábla 3 na cóimheasa gan toise de thorthaí díláithrithe agus réimsí struis.
Rinneadh comparáid idir an díláithriú ingearach uasta gan toise de phláta atá faoi shaoirse luchtaithe go haonfhoirmeach agus na torthaí a fuarthas trí mhodhanna éagsúla (Tábla 4). Tá comhaontú maith idir an teoiric atá beartaithe, modh na heiliminte críochta agus fíoruithe turgnamhacha.
Rinneamar comparáid idir díláithriú ingearach na teoirice zigzag modhnaithe (RZT) le teoiric elasticity 3D (Pagano), teoiric dífhoirmithe lomadh den chéad ordú (FSDT), agus torthaí FEM (féach Fíor 3). Tá difríocht idir an teoiric lomadh céad-ordú, bunaithe ar léaráidí díláithrithe plátaí ilchiseal tiubh, ón réiteach leaisteach. Mar sin féin, tuarann an teoiric modhnaithe zigzag torthaí an-chruinn. Ina theannta sin, rinneamar comparáid freisin idir an strus lomadh lasmuigh den eitleán agus gnáth-strus in-eitleán teoiricí éagsúla, i measc a bhfuair teoiric zigzag torthaí níos cruinne ná FSDT (Fig. 4).
Comparáid idir brú ceartingearach normalaithe arna ríomh ag úsáid teoiricí éagsúla ag y = b/2.
Athrú ar strus lomadh (a) agus ar ghnáthstrus (b) trasna thiús painéil ceapaire, arna ríomh ag úsáid teoiricí éagsúla.
Ansin, rinneamar anailís ar thionchar pharaiméadair gheoiméadracha na cille aonaid le croí cuasach ar airíonna meicniúla foriomlána an phainéil ceapaire. Is í uillinn chill an aonaid an paraiméadar geoiméadrach is tábhachtaí i ndearadh struchtúir laitíse athiontrála34,35,36. Dá bhrí sin, ríomhamar tionchar uillinn cille an aonaid, chomh maith leis an tiús lasmuigh den chroí, ar shraonadh iomlán an phláta (Fíor 5). De réir mar a mhéadaíonn tiús na ciseal idirmheánach, laghdaítear an sraonadh uasta gan toise. Méadaíonn an neart lúbthachta coibhneasta le haghaidh croíchiseal níos tiús agus nuair a bhíonn \(\frac{{h}_{c}}{h}=1\) (.i. nuair a bhíonn ciseal cuasach amháin ann). Tá na díláithrithe is lú ag painéil ceapaire le cill aonaid auxetic (.i. \(\theta =70^\circ\)) (Fíor 5). Léiríonn sé seo go bhfuil neart lúbthachta an chroí auxetic níos airde ná an croí auxetic traidisiúnta, ach nach bhfuil sé chomh héifeachtach agus go bhfuil cóimheas dearfach Poisson aige.
Sraonadh uasta normalaithe ar shlat laitíse cuasach le huillinneacha aonad cille éagsúla agus tiús lasmuigh den eitleán.
Bíonn tionchar ag tiús chroílár an ghríl auxetic agus an cóimheas gné (.i. \(\theta=70^\circ\)) ar dhíláithriú uasta an phláta ceapaire (Fíor 6). Is féidir a fheiceáil go méadaíonn sraonadh uasta an phláta le h/l ag méadú. Ina theannta sin, laghdaíonn tiús an chroí auxetic porosity an struchtúir cuasach, rud a mhéadaíonn neart lúbthachta an struchtúir.
Struchtúir laitíse le croí auxetic de thiúis agus faid éagsúla is cúis le sraonadh uasta na bpainéal ceapaire.
Is réimse suimiúil é an staidéar ar réimsí struis ar féidir a iniúchadh trí pharaiméadair gheoiméadracha na cille aonaid a athrú chun staidéar a dhéanamh ar mhodhanna teip (m.sh., dílamination) struchtúir ilchiseal. Tá éifeacht níos mó ag cóimheas Poisson ar réimse na strusanna lomadh lasmuigh den eitleán ná an gnáth-strus (féach Fíor 7). Ina theannta sin, tá an éifeacht seo neamh-aonchineálach i dtreonna difriúla mar gheall ar airíonna ortatrópacha ábhar na ngrátálacha seo. Ní raibh mórán éifeacht ag paraiméadair gheoiméadracha eile, mar shampla tiús, airde agus fad na struchtúr cuasach, ar an réimse struis, agus mar sin níor rinneadh anailís orthu sa staidéar seo.
Athrú ar chomhpháirteanna strus lomadh i sraitheanna éagsúla de phainéal ceapaire le filler laitíse le huillinneacha éagsúla cuasachta.
Anseo, déantar imscrúdú ar neart lúbthachta pláta ilchiseal tacaithe faoi shaoirse le croí laitíse cuasach trí úsáid a bhaint as an teoiric zigzag. Cuirtear an fhoirmliú atá beartaithe i gcomparáid le teoiricí clasaiceacha eile, lena n-áirítear teoiric tríthoiseach leaisteachas, teoiric dífhoirmithe lomáin den chéad ordú, agus FEM. Déanaimid ár modh a bhailíochtú freisin trí ár dtorthaí a chur i gcomparáid le torthaí turgnamhacha ar struchtúir ceapaire priontáilte 3D. Léiríonn ár dtorthaí go bhfuil an teoiric zigzag in ann dífhoirmiú struchtúir ceapaire de thiús measartha a thuar faoi ualaí lúbthachta. Ina theannta sin, rinneadh anailís ar thionchar pharaiméadair gheoiméadracha an struchtúir laitíse cuasach ar iompar lúbthachta na bpainéal ceapaire. Léiríonn na torthaí go bhfuil méadú ar an neart lúbthachta de réir mar a mhéadaíonn an leibhéal auxetic (ie, θ <90). Ina theannta sin, laghdófar neart lúbthachta an phainéil ceapaire ag méadú an chóimheas gné agus ag laghdú tiús an chroí. Mar fhocal scoir, déantar staidéar ar éifeacht chóimheas Poisson ar strus lomadh lasmuigh den eitleán, agus deimhnítear go bhfuil an tionchar is mó ag cóimheas Poisson ar an strus lomadh a ghineann tiús an phláta lannaithe. Féadfaidh na foirmlí agus na conclúidí atá beartaithe an bealach a oscailt do dhearadh agus do bharrfheabhsú struchtúr ilchiseal le líontóirí laitíse cuasach faoi choinníollacha lódála níos casta atá riachtanach chun struchtúir ualachiompartha a dhearadh i dteicneolaíocht aeraspáis agus bithleighis.
Tá na tacair sonraí a úsáideadh agus/nó a ndearnadh anailís orthu sa staidéar reatha ar fáil ó na húdair faoi seach ar iarratas réasúnach.
Aktai L., Johnson AF agus Kreplin B. Kh. Insamhladh uimhriúil ar shaintréithe scrios na gcroíthe meala. innealtóir. fractal. fionnadh. 75(9), 2616–2630 (2008).
Gibson LJ agus Ashby MF Porous Solids: Structure and Properties (Cambridge University Press, 1999).
Am postála: Lúnasa-12-2023