Terima kasih telah mengunjungi Nature.com. Anda menggunakan versi browser dengan dukungan CSS terbatas. Untuk pengalaman terbaik, kami menyarankan Anda menggunakan browser yang diperbarui (atau menonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Struktur panel sandwich banyak digunakan di banyak industri karena sifat mekaniknya yang tinggi. Lapisan antar struktur ini merupakan faktor yang sangat penting dalam mengendalikan dan meningkatkan sifat mekaniknya dalam berbagai kondisi pembebanan. Struktur kisi cekung merupakan kandidat terbaik untuk digunakan sebagai interlayer dalam struktur sandwich karena beberapa alasan, yaitu untuk menyesuaikan elastisitasnya (misalnya rasio Poisson dan nilai kekakuan elastis) dan keuletan (misalnya elastisitas tinggi) untuk kesederhanaan. Sifat rasio kekuatan terhadap berat dicapai dengan hanya menyesuaikan elemen geometris yang membentuk sel satuan. Di sini, kami menyelidiki respons lentur panel sandwich inti cekung 3 lapis menggunakan uji analitis (yaitu, teori zigzag), komputasi (yaitu, elemen hingga) dan eksperimental. Kami juga menganalisis pengaruh berbagai parameter geometris struktur kisi cekung (misalnya sudut, ketebalan, rasio panjang sel satuan terhadap tinggi) terhadap perilaku mekanis keseluruhan struktur sandwich. Kami telah menemukan bahwa struktur inti dengan perilaku auxetic (yaitu rasio Poisson negatif) menunjukkan kekuatan lentur yang lebih tinggi dan tegangan geser keluar bidang yang minimal dibandingkan dengan kisi-kisi konvensional. Temuan kami dapat membuka jalan bagi pengembangan struktur multilayer rekayasa canggih dengan kisi inti arsitektur untuk aplikasi luar angkasa dan biomedis.
Karena kekuatannya yang tinggi dan bobotnya yang rendah, struktur sandwich banyak digunakan di banyak industri, termasuk desain peralatan mekanik dan olahraga, kelautan, dirgantara, dan teknik biomedis. Struktur kisi cekung adalah salah satu kandidat potensial yang dipertimbangkan sebagai lapisan inti dalam struktur komposit karena kapasitas penyerapan energinya yang unggul dan sifat rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi1,2,3. Di masa lalu, upaya besar telah dilakukan untuk merancang struktur sandwich ringan dengan kisi cekung untuk lebih meningkatkan sifat mekanik. Contoh desain tersebut mencakup beban tekanan tinggi pada lambung kapal dan peredam kejut pada mobil4,5. Alasan mengapa struktur kisi cekung sangat populer, unik dan cocok untuk konstruksi panel sandwich adalah kemampuannya untuk menyesuaikan sifat elastomekanisnya secara mandiri (misalnya kekakuan elastis dan perbandingan Poisson). Salah satu sifat yang menarik adalah perilaku auxetic (atau rasio Poisson negatif), yang mengacu pada ekspansi lateral struktur kisi ketika diregangkan secara longitudinal. Perilaku yang tidak biasa ini terkait dengan desain mikrostruktur sel-sel dasar penyusunnya7,8,9.
Sejak penelitian awal Lakes dalam produksi busa auxetic, upaya signifikan telah dilakukan untuk mengembangkan struktur berpori dengan rasio Poisson negatif10,11. Beberapa geometri telah diusulkan untuk mencapai tujuan ini, seperti sel satuan berputar kiral, semi-kaku, dan kaku,12 yang semuanya menunjukkan perilaku auxetic. Munculnya teknologi manufaktur aditif (AM, juga dikenal sebagai pencetakan 3D) juga memfasilitasi penerapan struktur tambahan 2D atau 3D ini13.
Perilaku auxetic memberikan sifat mekanik yang unik. Misalnya, Lakes dan Elms14 telah menunjukkan bahwa busa auxetic memiliki kekuatan luluh yang lebih tinggi, kapasitas penyerapan energi impak yang lebih tinggi, dan kekakuan yang lebih rendah dibandingkan busa konvensional. Berkenaan dengan sifat mekanik dinamis dari busa auxetic, busa tersebut menunjukkan ketahanan yang lebih tinggi pada beban putus dinamis dan perpanjangan yang lebih tinggi pada tegangan murni15. Selain itu, penggunaan serat auxetic sebagai bahan penguat pada komposit akan meningkatkan sifat mekanik16 dan ketahanan terhadap kerusakan akibat regangan serat17.
Penelitian juga menunjukkan bahwa penggunaan struktur auxetic cekung sebagai inti struktur komposit melengkung dapat meningkatkan kinerja di luar bidangnya, termasuk kekakuan dan kekuatan lentur18. Dengan menggunakan model berlapis, juga telah diamati bahwa inti auxetic dapat meningkatkan kekuatan patah panel komposit19. Komposit dengan serat auxetic juga mencegah perambatan retak dibandingkan dengan serat konvensional20.
Zhang dkk.21 memodelkan perilaku tumbukan dinamis dari struktur sel yang kembali. Mereka menemukan bahwa penyerapan tegangan dan energi dapat ditingkatkan dengan meningkatkan sudut sel satuan auxetic, sehingga menghasilkan kisi dengan rasio Poisson yang lebih negatif. Mereka juga menyarankan bahwa panel sandwich auxetic tersebut dapat digunakan sebagai struktur pelindung terhadap beban dampak tingkat regangan tinggi. Imbalzano et al.22 juga melaporkan bahwa lembaran komposit auxetic dapat menghilangkan lebih banyak energi (yaitu dua kali lebih banyak) melalui deformasi plastis dan dapat mengurangi kecepatan tertinggi pada sisi sebaliknya sebesar 70% dibandingkan dengan lembaran lapis tunggal.
Dalam beberapa tahun terakhir, banyak perhatian telah diberikan pada studi numerik dan eksperimental struktur sandwich dengan pengisi auxetic. Studi-studi ini menyoroti cara-cara untuk meningkatkan sifat mekanik struktur sandwich ini. Misalnya, dengan mempertimbangkan lapisan tambahan yang cukup tebal sebagai inti panel sandwich dapat menghasilkan modulus Young efektif yang lebih tinggi dibandingkan lapisan yang paling kaku23. Selain itu, perilaku lentur balok laminasi (24) atau tabung inti auxetic (25) dapat diperbaiki dengan algoritma optimasi. Ada penelitian lain tentang pengujian mekanis struktur sandwich inti yang dapat diperluas di bawah beban yang lebih kompleks. Misalnya, pengujian kompresi komposit beton dengan agregat tambahan, panel sandwich di bawah beban ledakan27, uji tekuk28 dan uji tumbukan kecepatan rendah29, serta analisis pembengkokan non-linier panel sandwich dengan agregat tambahan yang dibedakan secara fungsional30.
Karena simulasi komputer dan evaluasi eksperimental terhadap desain semacam itu seringkali memakan waktu dan biaya, terdapat kebutuhan untuk mengembangkan metode teoretis yang dapat secara efisien dan akurat memberikan informasi yang diperlukan untuk merancang struktur inti auxetic multilayer dalam kondisi pembebanan yang berubah-ubah. waktu yang wajar. Namun, metode analisis modern mempunyai sejumlah keterbatasan. Secara khusus, teori-teori ini tidak cukup akurat untuk memprediksi perilaku material komposit yang relatif tebal dan untuk menganalisis komposit yang terdiri dari beberapa material dengan sifat elastis yang sangat berbeda.
Karena model analitik ini bergantung pada beban yang diterapkan dan kondisi batas, di sini kita akan fokus pada perilaku lentur panel sandwich inti auxetic. Teori lapisan tunggal setara yang digunakan untuk analisis tersebut tidak dapat memprediksi dengan tepat tegangan geser dan tegangan aksial pada laminasi yang sangat tidak homogen dalam komposit sandwich dengan ketebalan sedang. Selain itu, dalam beberapa teori (misalnya, dalam teori berlapis), jumlah variabel kinematik (misalnya perpindahan, kecepatan, dll.) sangat bergantung pada jumlah lapisan. Ini berarti bahwa bidang gerak setiap lapisan dapat dijelaskan secara independen, dengan tetap memenuhi batasan kontinuitas fisik tertentu. Oleh karena itu, hal ini menyebabkan sejumlah besar variabel dalam model diperhitungkan, sehingga pendekatan ini mahal secara komputasi. Untuk mengatasi keterbatasan ini, kami mengusulkan pendekatan berdasarkan teori zigzag, sebuah subkelas spesifik dari teori bertingkat. Teori ini memberikan kontinuitas tegangan geser di seluruh ketebalan laminasi, dengan asumsi pola perpindahan dalam bidang yang zigzag. Dengan demikian, teori zigzag memberikan jumlah variabel kinematik yang sama berapapun jumlah lapisan pada laminasi.
Untuk menunjukkan kekuatan metode kami dalam memprediksi perilaku panel sandwich dengan inti cekung di bawah beban lentur, kami membandingkan hasil kami dengan teori klasik (yaitu pendekatan kami dengan model komputasi (yaitu elemen hingga) dan data eksperimen (yaitu pembengkokan tiga titik dari Panel sandwich cetak 3D).Untuk tujuan ini, pertama-tama kami menurunkan hubungan perpindahan berdasarkan teori zigzag, lalu memperoleh persamaan konstitutif menggunakan prinsip Hamilton dan menyelesaikannya menggunakan metode Galerkin.Hasil yang diperoleh adalah alat yang ampuh untuk desain yang sesuai parameter geometris panel sandwich dengan pengisi auxetic, memfasilitasi pencarian struktur dengan sifat mekanik yang lebih baik.
Pertimbangkan panel sandwich tiga lapis (Gbr. 1). Parameter desain geometris: ketebalan lapisan atas \({h}_{t}\), lapisan tengah \({h}_{c}\) dan lapisan bawah \({h}_{ b }\). Kami berhipotesis bahwa inti struktural terdiri dari struktur kisi berlubang. Strukturnya terdiri dari sel-sel dasar yang disusun bersebelahan secara teratur. Dengan mengubah parameter geometri struktur cekung, sifat mekaniknya dapat diubah (yaitu nilai rasio Poisson dan kekakuan elastis). Parameter geometris sel dasar ditunjukkan pada Gambar. 1 termasuk sudut (θ), panjang (h), tinggi (L) dan tebal kolom (t).
Teori zigzag memberikan prediksi yang sangat akurat mengenai perilaku tegangan dan regangan struktur komposit berlapis dengan ketebalan sedang. Perpindahan struktural dalam teori zigzag terdiri dari dua bagian. Bagian pertama menunjukkan perilaku panel sandwich secara keseluruhan, sedangkan bagian kedua melihat perilaku antar lapisan untuk memastikan kontinuitas tegangan geser (atau disebut fungsi zigzag). Selain itu, elemen zigzag menghilang di permukaan luar laminasi, dan bukan di dalam lapisan ini. Dengan demikian, fungsi zigzag memastikan bahwa setiap lapisan berkontribusi terhadap deformasi penampang total. Perbedaan penting ini memberikan distribusi fisik fungsi zigzag yang lebih realistis dibandingkan fungsi zigzag lainnya. Model zigzag yang dimodifikasi saat ini tidak memberikan kontinuitas tegangan geser transversal di sepanjang lapisan tengah. Oleh karena itu, bidang perpindahan berdasarkan teori zigzag dapat dituliskan sebagai berikut31.
dalam persamaan. (1), k=b, c dan t masing-masing mewakili lapisan bawah, tengah dan atas. Bidang perpindahan bidang rata-rata sepanjang sumbu kartesius (x, y, z) adalah (u, v, w), dan rotasi lentur pada bidang terhadap sumbu (x, y) adalah \({\uptheta} _ {x}\) dan \ ({\uptheta}_{y}\). \({\psi}_{x}\) dan \({\psi}_{y}\) adalah besaran spasial rotasi zigzag, dan \({\phi}_{x}^{k}\ kiri ( z \right)\) dan \({\phi}_{y}^{k}\left(z\right)\) merupakan fungsi zigzag.
Amplitudo zigzag merupakan fungsi vektor dari respon aktual pelat terhadap beban yang diterapkan. Mereka memberikan penskalaan yang sesuai pada fungsi zigzag, sehingga mengontrol keseluruhan kontribusi zigzag terhadap perpindahan pada bidang. Regangan geser pada ketebalan pelat terdiri dari dua komponen. Bagian pertama adalah sudut geser, seragam pada ketebalan laminasi, dan bagian kedua adalah fungsi konstan sepotong-sepotong, seragam pada ketebalan masing-masing lapisan. Berdasarkan fungsi konstanta sepotong-sepotong tersebut, fungsi zigzag setiap lapisan dapat dituliskan sebagai:
dalam persamaan. (2), \({c}_{11}^{k}\) dan \({c}_{22}^{k}\) adalah konstanta elastisitas setiap lapisan, dan h adalah total ketebalan lapisan disk. Selain itu, \({G}_{x}\) dan \({G}_{y}\) adalah koefisien kekakuan geser rata-rata tertimbang, dinyatakan sebagai 31:
Dua fungsi amplitudo zigzag (Persamaan (3)) dan lima variabel kinematik lainnya (Persamaan (2)) dari teori deformasi geser orde pertama merupakan himpunan tujuh kinematika yang terkait dengan variabel teori pelat zigzag yang dimodifikasi ini. Dengan asumsi ketergantungan linier terhadap deformasi dan dengan memperhatikan teori zigzag, maka bidang deformasi pada sistem koordinat kartesius dapat diperoleh sebagai:
dimana \({\varepsilon}_{yy}\) dan \({\varepsilon}_{xx}\) adalah deformasi normal, dan \({\gamma}_{yz},{\gamma}_{xz} \ ) dan \({\gamma}_{xy}\) adalah deformasi geser.
Dengan menggunakan hukum Hooke dan memperhatikan teori zigzag, hubungan tegangan dan regangan pelat ortotropik dengan struktur kisi cekung dapat diperoleh dari persamaan (1). (5)32 dimana \({c}_{ij}\) adalah konstanta elastis matriks tegangan-regangan.
dimana \({G}_{ij}^{k}\), \({E}_{ij}^{k}\) dan \({v}_{ij}^{k}\) dipotong gaya adalah modulus dalam arah yang berbeda, modulus Young dan rasio Poisson. Koefisien ini sama ke segala arah pada lapisan isotop. Selain itu, untuk inti kisi yang kembali, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, sifat-sifat ini dapat ditulis ulang menjadi 33.
Penerapan prinsip Hamilton pada persamaan gerak pelat multilapis dengan inti kisi cekung memberikan persamaan dasar untuk desain. Prinsip Hamilton dapat ditulis sebagai:
Diantaranya, δ melambangkan operator variasional, U melambangkan energi potensial regangan, dan W melambangkan usaha yang dilakukan oleh gaya luar. Energi regangan potensial total diperoleh dengan menggunakan persamaan. (9), dimana A adalah daerah bidang median.
Dengan asumsi penerapan beban (p) seragam pada arah z, kerja gaya luar dapat diperoleh dari rumus berikut:
Ganti persamaan Persamaan (4) dan (5) (9) dan ganti persamaan tersebut. (9) dan (10) (8) dan diintegrasikan pada ketebalan pelat, persamaan: (8) dapat ditulis ulang menjadi:
Indeks \(\phi\) mewakili fungsi zigzag, \({N}_{ij}\) dan \({Q}_{iz}\) adalah gaya yang masuk dan keluar pada bidang, \({M} _{ij }\) merepresentasikan momen lentur, dan rumus perhitungannya adalah sebagai berikut:
Menerapkan integrasi per bagian ke persamaan. Mensubstitusikan ke dalam rumus (12) dan menghitung koefisien variasi, persamaan penentu panel sandwich dapat diperoleh dalam bentuk rumus (12). (13).
Persamaan kendali diferensial untuk pelat tiga lapis yang ditopang bebas diselesaikan dengan metode Galerkin. Dengan asumsi kondisi kuasi-statis, fungsi yang tidak diketahui dianggap sebagai persamaan: (14).
\({u}_{m,n}\), \({v}_{m,n}\), \({w}_{m,n}\),\({{\uptheta}_ {\mathrm {x}}}_{\mathrm {m} \text{,n}}\),\({{\uptheta }_{\mathrm {y}}}_{\mathrm {m} \text {,n}}\), \({{\uppsi}_{\mathrm{x}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) dan \({{\uppsi}_{ \mathrm{y}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) adalah konstanta yang tidak diketahui yang dapat diperoleh dengan meminimalkan kesalahan. \(\overline{\overline{u}} \left({x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{v}} \left({x{\text {,y}}} \kanan)\), \(\overline{\overline{w}} \kiri( {x{\text{,y}}} \kanan)\), \(\overline{\overline {{{\uptheta}_{x}}}} \kiri( {x{\text{,y}}} \kanan)\), \(\overline{\overline{{{\uptheta}_{y} }}} \kiri( {x{\text{,y}}} \kanan)\), \(\overline{\overline{{\psi_{x}}}} \kiri( {x{\text{, y}}} \right)\) dan \(\overline{\overline{{ \psi_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\) adalah fungsi pengujian, yang harus memenuhi kondisi batas minimum yang diperlukan. Untuk kondisi batas yang didukung saja, fungsi pengujian dapat dihitung ulang sebagai:
Substitusi persamaan menghasilkan persamaan aljabar. (14) ke persamaan yang mengatur, yang dapat menghasilkan koefisien yang tidak diketahui dalam persamaan (14). (14).
Kami menggunakan pemodelan elemen hingga (FEM) untuk mensimulasikan pembengkokan panel sandwich yang didukung secara bebas dengan struktur kisi cekung sebagai intinya. Analisis dilakukan dalam kode elemen hingga komersial (misalnya, Abaqus versi 6.12.1). Elemen padat heksahedral 3D (C3D8R) dengan integrasi yang disederhanakan digunakan untuk memodelkan lapisan atas dan bawah, dan elemen tetrahedral linier (C3D4) digunakan untuk memodelkan struktur kisi perantara (cekung). Kami melakukan analisis sensitivitas mesh untuk menguji konvergensi mesh dan menyimpulkan bahwa hasil perpindahan menyatu pada ukuran fitur terkecil di antara ketiga lapisan. Pelat sandwich dibebani menggunakan fungsi beban sinusoidal, dengan mempertimbangkan kondisi batas yang didukung bebas pada keempat sisinya. Perilaku mekanik elastis linier dianggap sebagai model material yang diterapkan pada semua lapisan. Tidak ada kontak khusus antar lapisan, mereka saling berhubungan.
Kami menggunakan teknik pencetakan 3D untuk membuat prototipe kami (yaitu panel sandwich inti auxetic yang dicetak tiga kali lipat) dan pengaturan eksperimental khusus yang sesuai untuk menerapkan kondisi tekukan yang serupa (beban seragam p sepanjang arah z) dan kondisi batas (yaitu hanya didukung). diasumsikan dalam pendekatan analitis kami (Gbr. 1).
Panel sandwich yang dicetak pada printer 3D terdiri dari dua kulit (atas dan bawah) dan inti kisi cekung, yang dimensinya ditunjukkan pada Tabel 1, dan diproduksi pada printer 3D Ultimaker 3 (Italia) menggunakan metode deposisi ( FDM). teknologi digunakan dalam prosesnya. Kami mencetak 3D pelat dasar dan struktur kisi tambahan utama secara bersamaan, dan mencetak lapisan atas secara terpisah. Hal ini membantu menghindari komplikasi selama proses pelepasan dukungan jika seluruh desain harus dicetak sekaligus. Setelah pencetakan 3D, dua bagian terpisah direkatkan menggunakan lem super. Kami mencetak komponen ini menggunakan asam polilaktat (PLA) dengan kepadatan pengisian tertinggi (yaitu 100%) untuk mencegah cacat pencetakan lokal.
Sistem penjepitan khusus meniru kondisi batas dukungan sederhana yang sama yang diadopsi dalam model analitik kami. Ini berarti bahwa sistem cengkeraman mencegah papan bergerak sepanjang tepinya ke arah x dan y, sehingga tepi tersebut dapat berputar bebas di sekitar sumbu x dan y. Hal ini dilakukan dengan mempertimbangkan fillet dengan radius r = h/2 pada keempat tepi sistem cengkeraman (Gbr. 2). Sistem penjepit ini juga memastikan bahwa beban yang diberikan dipindahkan sepenuhnya dari mesin pengujian ke panel dan sejajar dengan garis tengah panel (gbr. 2). Kami menggunakan teknologi pencetakan 3D multi-jet (ObjetJ735 Connex3, Stratasys® Ltd., USA) dan resin komersial yang kaku (seperti seri Vero) untuk mencetak sistem pegangan.
Diagram skema sistem cengkeraman khusus cetakan 3D dan rakitannya dengan panel sandwich cetakan 3D dengan inti tambahan.
Kami melakukan uji kompresi kuasi-statis yang dikontrol gerakan menggunakan bangku uji mekanis (Lloyd LR, sel beban = 100 N) dan mengumpulkan gaya dan perpindahan mesin pada laju pengambilan sampel 20 Hz.
Bagian ini menyajikan studi numerik dari struktur sandwich yang diusulkan. Kami berasumsi bahwa lapisan atas dan bawah terbuat dari resin karbon epoksi, dan struktur kisi inti cekung terbuat dari polimer. Sifat mekanik bahan yang digunakan dalam penelitian ini ditunjukkan pada Tabel 2. Selain itu, rasio hasil perpindahan dan medan tegangan yang tidak berdimensi ditunjukkan pada Tabel 3.
Perpindahan tak berdimensi vertikal maksimum dari pelat tumpuan bebas yang dibebani seragam dibandingkan dengan hasil yang diperoleh dengan metode yang berbeda (Tabel 4). Terdapat kesesuaian yang baik antara teori yang diajukan, metode elemen hingga dan verifikasi eksperimental.
Kami membandingkan perpindahan vertikal teori zigzag termodifikasi (RZT) dengan teori elastisitas 3D (Pagano), teori deformasi geser orde pertama (FSDT), dan hasil FEM (lihat Gambar 3). Teori geser orde pertama, berdasarkan diagram perpindahan pelat multilapis tebal, paling berbeda dengan larutan elastis. Namun, teori zigzag yang dimodifikasi memperkirakan hasil yang sangat akurat. Selain itu, kami juga membandingkan tegangan geser luar bidang dan tegangan normal dalam bidang dari berbagai teori, di antaranya teori zigzag memperoleh hasil yang lebih akurat dibandingkan FSDT (Gbr. 4).
Perbandingan regangan vertikal ternormalisasi dihitung menggunakan teori berbeda pada y = b/2.
Perubahan tegangan geser (a) dan tegangan normal (b) pada ketebalan panel sandwich, dihitung menggunakan berbagai teori.
Selanjutnya, kami menganalisis pengaruh parameter geometris sel satuan dengan inti cekung terhadap sifat mekanik keseluruhan panel sandwich. Sudut sel satuan adalah parameter geometri terpenting dalam desain struktur kisi reentrant34,35,36. Oleh karena itu, kami menghitung pengaruh sudut sel satuan, serta ketebalan di luar inti, terhadap defleksi total pelat (Gbr. 5). Dengan bertambahnya ketebalan lapisan tengah, defleksi tak berdimensi maksimum berkurang. Kekuatan lentur relatif meningkat untuk lapisan inti yang lebih tebal dan ketika \(\frac{{h}_{c}}{h}=1\) (yaitu, ketika terdapat satu lapisan cekung). Panel sandwich dengan sel satuan auxetic (yaitu \(\theta =70^\circ\)) memiliki perpindahan terkecil (Gbr. 5). Hal ini menunjukkan bahwa kekuatan lentur inti auxetic lebih tinggi dibandingkan dengan inti auxetic konvensional, namun kurang efisien dan mempunyai rasio Poisson positif.
Lendutan maksimum yang dinormalisasi dari batang kisi cekung dengan sudut sel satuan yang berbeda dan ketebalan di luar bidang.
Ketebalan inti kisi auxetic dan rasio aspek (yaitu \(\theta=70^\circ\)) mempengaruhi perpindahan maksimum pelat sandwich (Gambar 6). Dapat dilihat bahwa defleksi maksimum pelat meningkat seiring dengan bertambahnya h/l. Selain itu, peningkatan ketebalan inti auxetic akan menurunkan porositas struktur cekung sehingga meningkatkan kekuatan lentur struktur.
Lendutan maksimum panel sandwich disebabkan oleh struktur kisi dengan inti auxetic dengan berbagai ketebalan dan panjang.
Studi tentang medan tegangan adalah bidang menarik yang dapat dieksplorasi dengan mengubah parameter geometri sel satuan untuk mempelajari mode kegagalan (misalnya delaminasi) struktur multilayer. Rasio Poisson memiliki pengaruh yang lebih besar pada bidang tegangan geser di luar bidang dibandingkan tegangan normal (lihat Gambar 7). Selain itu, efek ini tidak homogen dalam arah yang berbeda karena sifat ortotropik bahan kisi-kisi tersebut. Parameter geometri lainnya seperti tebal, tinggi, dan panjang struktur cekung mempunyai pengaruh yang kecil terhadap medan tegangan sehingga tidak dianalisis dalam penelitian ini.
Perubahan komponen tegangan geser pada berbagai lapisan panel sandwich dengan pengisi kisi dengan sudut cekung yang berbeda.
Di sini, kekuatan lentur pelat multilapis yang ditopang bebas dengan inti kisi cekung diselidiki menggunakan teori zigzag. Rumusan yang diajukan dibandingkan dengan teori klasik lainnya antara lain teori elastisitas tiga dimensi, teori deformasi geser orde pertama, dan FEM. Kami juga memvalidasi metode kami dengan membandingkan hasil kami dengan hasil eksperimen pada struktur sandwich cetak 3D. Hasil kami menunjukkan bahwa teori zigzag mampu memprediksi deformasi struktur sandwich dengan ketebalan sedang akibat beban lentur. Selain itu, pengaruh parameter geometri struktur kisi cekung terhadap perilaku lentur panel sandwich juga dianalisis. Hasilnya menunjukkan bahwa ketika tingkat auxetic meningkat (yaitu, θ <90), kekuatan lentur meningkat. Selain itu, peningkatan rasio aspek dan penurunan ketebalan inti akan menurunkan kekuatan lentur panel sandwich. Akhirnya, pengaruh rasio Poisson terhadap tegangan geser di luar bidang dipelajari, dan dipastikan bahwa rasio Poisson memiliki pengaruh terbesar terhadap tegangan geser yang dihasilkan oleh ketebalan pelat laminasi. Rumus dan kesimpulan yang diusulkan dapat membuka jalan bagi desain dan optimalisasi struktur multilayer dengan pengisi kisi cekung di bawah kondisi pembebanan yang lebih kompleks yang diperlukan untuk desain struktur penahan beban di bidang kedirgantaraan dan teknologi biomedis.
Kumpulan data yang digunakan dan/atau dianalisis dalam penelitian ini tersedia dari masing-masing penulis berdasarkan permintaan yang masuk akal.
Aktai L., Johnson AF dan Kreplin B.Kh. Simulasi numerik karakteristik penghancuran inti sarang lebah. insinyur. fraktal. bulu. 75(9), 2616–2630 (2008).
Gibson LJ dan Ashby MF Padatan Berpori: Struktur dan Sifat (Cambridge University Press, 1999).
Waktu posting: 12 Agustus-2023