توصيفگر ها :
رفتار فشاري , كامپوزيت مشبك بريدشده , ساختار آگزتيك , فلزي گسترشيافته , شبيهسازي المان محدود , جذب انرژي
چكيده فارسي :
مواد كامپوزيتي به دليل وزن سبك و خواص مكانيكي برتر در صنايع مختلف از جمله هوافضا، خودروسازي و مهندسي عمران بهطور گسترده استفاده ميشوند. طراحي اين مواد بهصورت ساختارهاي مشبك، بهويژه با خواصي نظير ضريب پواسون منفي، قابليتهاي مكانيكي منحصربهفردي ايجاد ميكند. در اين پژوهش، ساختارهاي مشبك آگزتيك با استفاده از ورقهاي فلزي گسترشيافته و كامپوزيتهاي بريدشده توليد شدند. فرآيند توليد شامل ساخت تكنمونههايي از اين مواد، تقويت لبههاي آنها با چسب و در نهايت اتصال اين نمونهها با نخ براي ايجاد ساختار نهايي بود. همچنين، بهمنظور بهبود مقاومت به كمانش موضعي و افزايش قابليت جذب انرژي، از فوم بهعنوان ماده تكميلي در اين سازهها استفاده شد. براي ارزيابي عملكرد مكانيكي اين ساختارها، آزمايشهاي فشاري شبهاستاتيكي انجام و ويژگيهايي نظير جذب انرژي، جذب انرژي ويژه، نيروي ميانگين و بازده نيروي ميانگين بررسي گرديد. علاوه بر آن، شبيهسازيهاي عددي با استفاده از نرمافزار آباكوس انجام شد كه در آن از المان پوسته و مدل آسيب هاشين براي نمونههاي كامپوزيتي و رفتار الاستيك-پلاستيك براي نمونههاي فلزي استفاده شد. نتايج اين پژوهش نشان داد كه تركيب ساختارهاي آگزتيك و كامپوزيتي ميتواند به بهبود عملكرد مكانيكي منجر شود. افزودن فوم به ساختارهاي مشبك تأثير قابلتوجهي در افزايش جذب انرژي و كاهش كمانش موضعي داشت، بهويژه در نمونههاي كامپوزيتي كه عملكرد آنها در جذب انرژي تا سه برابر بهبود يافت. با اين حال، استفاده از فوم منجر به افزايش وزن سازه شد كه كاهش جزئي در انرژي جذب شده ويژه را به همراه داشت. تقويت سازهها با چسب نيز توانست در برخي مراحل بارگذاري نيروي بيشينه را افزايش دهد. شبيهسازيهاي عددي نيز مطابقت خوبي با دادههاي تجربي نشان داده و كارايي مدل اجزاي محدود در پيشبيني رفتار نيرو-تغييرمكان و ويژگيهاي جذب انرژي را تأييد كردند. اين پژوهش با ارائه دادههاي تجربي و عددي جامع، نشاندهنده امكان طراحي و توليد سازههاي سبك، مقاوم و با قابليت جذب انرژي بالا براي كاربردهاي پيشرفته صنعتي است.
چكيده انگليسي :
Composite materials, due to their lightweight nature and superior mechanical properties, are widely used in various industries, including aerospace, automotive, and civil engineering. designing these materials in the form of lattice structures, particularly with properties such as a negative Poisson’s ratio, introduces unique mechanical advantages. In this study, auxetic lattice structures were fabricated using expanded metal sheets and braided lattice composite materials. The manufacturing process involved preparing individual samples, reinforcing their edges with adhesive, and connecting them with yarns to form the final structure. To improve resistance to local buckling and enhance energy absorption capacity, foam was used as a complementary material within the structures. Quasi-static compression tests were conducted to evaluate the mechanical performance, assessing characteristics such as energy absorption, specific energy absorption, mean force, and crushing force efficiency. Numerical simulations were also performed using Abaqus software, employing shell elements and the Hashin damage model for the composite samples, and elastic-plastic behavior for the metallic samples. The results demonstrated that combining auxetic geometry with composite materials significantly improves mechanical performance. The addition of foam notably increased energy absorption and reduced local buckling, particularly in composite samples, where energy absorption improved by up to threefold. However, the added foam also increased the overall weight, slightly reducing specific energy absorption. Reinforcement with adhesive improved the maximum load capacity during certain loading stages. The numerical results showed good agreement with experimental data, validating the effectiveness of the finite element model in predicting force-displacement behavior and energy absorption characteristics. This research provides comprehensive experimental and numerical insights, highlighting the potential for designing lightweight, durable structures with high energy absorption capabilities for advanced industrial applications.