28520

مطالعه‌ي تجربي و عددي رفتار مكانيكي سازه‌هاي ساندويچي با هسته‌ي آگزتيك

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك - طراحي كاربردي

1399

1402/4/12

فتح‌اله طاهري بهروز

مهندسي مكانيك

در طول ساليان گذشته، سازه هاي ساندويچي به طور گسترده اي در صنايع هوايي، خودروسازي و ورزشي مورد استفاده قرار گرفته اند. سازه هاي ساندويچي، سازه هايي با نسبت سفتي به وزن بالا، نسبت استحكام به وزن بالا، سفتي خمشي و برشي بالا مي‌باشند. رفتار مكانيكي اين سازه ها به خواص مواد بكار رفته در پوسته ها و هسته و مهمتر از آن به هندسه‌ي هسته بستگي زيادي دارد. استفاده از هندسه هاي آگزتيك به عنوان هسته در اين سازه‌ها مي‌تواند موجب بهبود عملكرد آنها در جذب انرژي، مقاومت در برابر رشد ترك و تغيير شكل آنها شود. مواد آگزتيك، موادي با ضريب پواسون منفي مي‌باشند. هدف اين پژوهش ارزيابي و بهبود عملكرد سازه هاي ساندويچي آگزتيك از طريق بهبود مشخصه‌هاي هندسي هسته‌ي آنها مي‌باشد. از آنجا كه دو هندسه‌ي آگزتيك فرورفته و پيكاني‌شكل نسبت به ساير هندسه هاي آگزتيك كاربرد بيشتري دارند، اين دو هسته به عنوان هدف پژوهش انتخاب شده‌اند. ابتدا با الهام از دو هسته‌ي مذكور، سه هسته ي آگزتيك جديد ارائه و با انجام آزمون‌هاي مكانيكي و مدلسازي عددي، رفتار سازه هاي ساندويچي در آزمون‌هاي فشار تك محوره، خمش سه نقطه و خمش چهار نقطه بررسي شده‌اند. در ادامه با انجام مطالعه‌ي پارامتريك از طريق تغيير پارامتر هاي هندسي نظير ضخامت ديواره‌ها، انحناي ديواره‌هاي مورب و فاصله‌ي ديواره‌هاي افقي كناري از يكديگر، تاثير هر كدام از اين پارامتر ها بر خواص مكانيكي سازه ها مانند ضريب پواسون، مدول و استحكام فشاري، سفتي و استحكام خمشي ارزيابي شده‌اند. نتايج نشان مي‌دهند هسته هاي جديد معرفي شده عملكرد فشاري و خمشي بهتري نسبت به هسته هاي فرورفته و پيكاني شكل اوليه دارند. به گونه‌اي كه خاصيت آگزتيك اين سازه‌ها تا 8%، مدول فشاري اين سازه‌ها تا 11% و سفتي خمشي اين سازه‌ها تا 8% افزايش پيدا كرد.

1402/04/24

Experimental and Numerical Study of Mechanical Behavior of Sandwich Structures with Auxetic Cores

7/2/2024 12:00:00 AM

During recent years, sandwich structures have been widely used in the aerospace, automotive, and sports industries. Sandwich structures are structures with high stiffness-to-weight ratio, high strength-to-weight ratio, high bending and shear stiffness. The mechanical behavior of these structures depends the mechanical properties of the materials used in the face sheets and the core, and more importantly, on the topology of the core. Using auxetic topologies as the core in these structures can improve their energy absorption, crack growth resistance and deformation resistance performance. The term auxetic refers to materials and structures that possess negative Poisson’s ratio. This research aims to study and optimize mechanical performance of auxetic sandwich structures by optimizing their auxetic cores. Re-entrant and arrowhead cores are focused in this research due to their better performance and popularity among auxetic structures. First, three new auxetic topologies are introduced. Using numerical and experimental methods, the mechanical performance of these structures in uniaxial compression, three-point and four-point bending tests were investigated. Then, the effect of geometrical parameters i.e., thickness of ligaments, curvature of lateral tilted ligaments and height of lateral horizontal ligaments on compressive and flexural performance of sandwich structures were studied. Results indicate that the new auxetic cores show better mechanical performance compared with conventional re-entrant and arrowhead cores. Auxetic property increased by 8%, compressive modulus increased by 11% and flexural stiffness increased by 8%. Results also show that by tailoring geometrical parameters of auxetic unit cells, it is possible to achieve cores with optimized mechanical properties.

سازه‌هاي ساندويچي , هسته‌هاي آگزتيك , آزمون كشش تك‌محوره , آزمون فشار تك‌محوره , آزمون خمش سه‌نقطه , آزمون خمش چهار‌نقطه

sandwich structures , auxetic cores , uniaxial tensile test , uniaxial compression test , three-point bending test , four-point bending test

Mojtaba Mohammadpour

Fathollah Taheri Behrooz