توصيفگر ها :
ساختار مشبك , فرامواد , آگزتيك , ضريب پواسون منفي , جذب انرژي , پرينتر سه بعدي , ساخت افزايشي
چكيده فارسي :
بشر همواره در پي استفاده بهينه از مواد پيرامون خود بوده و با الهام از طبيعت به طراحي و ساخت سازههاي مشبك پرداخته است. اين سازهها بهدليل وزن پايين، استحكام فشاري و سفتي بالا، كاربرد گستردهاي در حوزه جذب انرژي دارند. در ميان اين سازهها، سازههاي آگزتيك بهعنوان زيرمجموعهاي از فرامواد ، بهدليل ضريب پواسون منفي و هندسه ويژه خود جايگاه خاصي يافتهاند. در اين مطالعه، يك مدل درونروي اصلاحشده با اشكال هندسي مختلف شامل مربع، دايره و بيضي طراحي و ساخته شد. همچنين نسخههاي پرشده با فوم از اين مدلها با استفاده از پرينتر سهبعدي و روش ساخت افزايشي توليد و تحت آزمونهاي فشاري قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه پركردن سازهها با فوم بهطور قابل توجهي عملكرد جذب انرژي ويژه و مقاومت در برابر كمانش را بهبود ميدهد. در اين ميان، مدل اصلاحشده با هندسه بيضي در آزمون تجربي با جرم 10312/0 كيلوگرم بيشينه جذب انرژي ويژه معادل J/kg 54/273 و در شبيهسازي عددي با جرم 11/0 كيلوگرم مقدار J/kg 66/294 را نشان داد؛ بهطوريكه مدل عددي حدود 72/7% بيشتر از نتايج تجربي انرژي جذب ويژه را پيشبيني كرد. همچنين نسخه بيضي پرشده با فوم در آزمايش با جرم 12066/0 كيلوگرم بيشينه جذب انرژي ويژه برابر با J/kg 23/406 و در تحليل عددي با جرم 126/0 كيلوگرم و مقدار بيشينه جذب انرژي ويژه J/kg93/377 بهدست آمد كه بيانگر اختلاف 97/6% كمتر در مدل عددي نسبت به آزمايش است. اين اختلافات نسبي كم حاكي از دقت قابل قبول مدلسازي عددي در پيشبيني رفتار مكانيكي سازههاي آگزتيك است. در مقابل، مدلهاي اصلاحشده با هندسه مربع و دايره عملكرد ضعيفتري نسبت به بيضي داشتند. در اين پژوهش، يك سازه آگزتيك درونروي اصلاحشده با هندسهي بيضي و نسخهي پرشده با فوم ارائه شدهاست كه در مقايسه با ساير مدلها، عملكرد برتري در جذب انرژي ويژه و پايداري مكانيكي نشان ميدهد. يافتههاي اين تحقيق ميتواند به توسعه فرامواد و بهينهسازي ساختارهاي مشبك براي كاربردهاي نوين در حوزه جذب انرژي منجر شود.
چكيده انگليسي :
Humans have always sought to make optimal use of available materials and, inspired by nature, have designed and constructed lattice structures. These structures, due to their low weight, high compressive strength, and stiffness, have found widespread applications in the field of energy absorption. Among them, auxetic structures, as a subset of metamaterials, have gained special attention because of their negative Poisson’s ratio and unique geometry. In this study, a modified re-entrant model with various geometric shapes including square, circular, and elliptical was designed and fabricated. Moreover, foam-filled versions of these models were produced using a 3D printer and additive manufacturing method and were subjected to compression tests. The results showed that filling the structures with foam significantly improved their specific energy absorption performance and resistance to buckling. Among them, the modified model with elliptical geometry exhibited the best performance, with the experimental test showing a maximum specific energy absorption of 273.54 J/kg at a mass of 0.10312 kg, while the numerical simulation predicted 294.66 J/kg at a mass of 0.11 kg, indicating a 7.72% higher prediction by the numerical model. Furthermore, the foam-filled elliptical version, with a mass of 0.12066 kg, achieved a maximum specific energy absorption of 406.23 J/kg in the experimental test and 377.93 J/kg with a mass of 0.126 kg in the numerical simulation, showing a 6.97% lower value in the numerical results compared to the experimental data. These small relative differences indicate the acceptable accuracy of the numerical modeling in predicting the mechanical behavior of auxetic structures. In contrast, the modified models with square and circular geometries demonstrated weaker performance than the elliptical one. In this research, a modified re-entrant auxetic structure with an elliptical geometry and its foam-filled version are presented, both showing superior specific energy absorption and mechanical stability compared to other models. The findings of this study can contribute to the development of metamaterials and the optimization of lattice structures for advanced energy absorption applications.