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샌드위치 패널 구조는 높은 기계적 특성으로 인해 많은 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 이러한 구조의 중간층은 다양한 하중 조건에서 기계적 특성을 제어하고 향상시키는 데 매우 중요한 요소입니다. 오목 격자 구조는 여러 가지 이유로 이러한 샌드위치 구조의 중간층으로 사용하기에 탁월한 후보입니다. 즉, 단순성을 위해 탄성(예: 포아송 비 및 탄성 강성 값) 및 연성(예: 높은 탄성)을 조정하기 위한 것입니다. 강도 대 중량 비율 특성은 단위 셀을 구성하는 기하학적 요소만 조정하여 달성됩니다. 여기에서는 분석(즉, 지그재그 이론), 계산(즉, 유한 요소) 및 실험 테스트를 사용하여 3층 오목 코어 샌드위치 패널의 굴곡 응답을 조사합니다. 또한 샌드위치 구조의 전반적인 기계적 거동에 대한 오목 격자 구조의 다양한 기하학적 매개변수(예: 각도, 두께, 단위 셀 길이 대 높이 비율)의 효과를 분석했습니다. 우리는 팽창 거동(즉, 음의 포아송 비)을 갖는 코어 구조가 기존 격자에 비해 더 높은 굽힘 강도와 최소 평면 외 전단 응력을 나타냄을 발견했습니다. 우리의 연구 결과는 항공우주 및 생물의학 응용 분야를 위한 건축 핵심 격자를 갖춘 고급 엔지니어링 다층 구조 개발의 길을 열 수 있습니다.
높은 강도와 낮은 무게로 인해 샌드위치 구조는 기계 및 스포츠 장비 설계, 해양, 항공우주, 생체의학 공학 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 오목 격자 구조는 우수한 에너지 흡수 능력과 높은 강도 대 중량 비율 특성으로 인해 이러한 복합 구조의 코어 층으로 간주되는 잠재적인 후보 중 하나입니다. 과거에는 기계적 특성을 더욱 향상시키기 위해 오목한 격자를 갖는 경량 샌드위치 구조를 설계하려는 많은 노력이 있었습니다. 이러한 설계의 예로는 선박 선체의 고압 하중과 자동차의 충격 흡수 장치가 있습니다4,5. 오목 격자 구조가 샌드위치 패널 구성에 매우 인기 있고 독특하며 적합한 이유는 탄성 기계적 특성(예: 탄성 강성 및 포아송 비교)을 독립적으로 조정할 수 있기 때문입니다. 이러한 흥미로운 특성 중 하나는 세로 방향으로 늘어날 때 격자 구조의 측면 확장을 나타내는 팽창 거동(또는 음의 포아송 비)입니다. 이 비정상적인 동작은 구성 기본 셀의 미세 구조 설계와 관련이 있습니다.
Lakes의 팽창성 폼 생산에 대한 초기 연구 이후, 음의 포아송 비10,11를 갖는 다공성 구조를 개발하기 위한 상당한 노력이 이루어졌습니다. 이 목표를 달성하기 위해 키랄, 반강체 및 강체 회전 단위 셀12과 같은 여러 형상이 제안되었으며, 이들 모두는 팽창 거동을 나타냅니다. 적층 제조(AM, 3D 프린팅이라고도 함) 기술의 출현으로 이러한 2D 또는 3D 보조 구조의 구현도 촉진되었습니다.
팽창 거동은 독특한 기계적 특성을 제공합니다. 예를 들어, Lakes와 Elms14는 팽창성 폼이 기존 폼보다 더 높은 항복 강도, 더 높은 충격 에너지 흡수 용량 및 더 낮은 강성을 갖는다는 것을 보여주었습니다. 팽창 폼의 동적 기계적 특성과 관련하여, 이는 동적 파괴 하중 하에서 더 높은 저항을 나타내고 순수 장력 하에서 더 높은 연신율을 나타냅니다15. 또한, 복합재료의 보강재로 팽창 섬유를 사용하면 기계적 특성16과 섬유 신장으로 인한 손상에 대한 저항성이 향상됩니다17.
또한 연구에 따르면 오목한 팽창 구조를 곡선형 복합 구조의 핵심으로 사용하면 굴곡 강성과 강도를 포함한 면외 성능을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났습니다18. 계층화된 모델을 사용하여 팽창 코어가 복합 패널의 파괴 강도를 증가시킬 수 있다는 것도 관찰되었습니다19. 또한 팽창 섬유를 사용한 복합재는 기존 섬유에 비해 균열 전파를 방지합니다20.
Zhang et al.21은 복귀하는 세포 구조의 동적 충돌 거동을 모델링했습니다. 그들은 팽창 단위 셀의 각도를 증가시켜 전압과 에너지 흡수를 향상시켜 더 음의 포아송 비를 갖는 격자를 생성할 수 있음을 발견했습니다. 그들은 또한 이러한 팽창성 샌드위치 패널이 높은 변형율 충격 하중에 대한 보호 구조로 사용될 수 있다고 제안했습니다. Imbalzano 등22은 또한 팽창성 복합 시트가 소성 변형을 통해 더 많은 에너지(즉, 두 배)를 소산할 수 있으며 단일 플라이 시트에 비해 뒷면의 최고 속도를 70%까지 줄일 수 있다고 보고했습니다.
최근 몇 년 동안 팽창성 충전재를 사용한 샌드위치 구조에 대한 수치적 및 실험적 연구에 많은 관심이 기울여졌습니다. 이러한 연구는 이러한 샌드위치 구조의 기계적 특성을 개선하는 방법을 강조합니다. 예를 들어 샌드위치 패널의 코어로 충분히 두꺼운 팽창층을 고려하면 가장 단단한 층보다 유효 영률이 더 높아질 수 있습니다. 또한, 적층 빔(24) 또는 팽창 코어 튜브(25)의 굽힘 거동은 최적화 알고리즘을 통해 개선될 수 있습니다. 보다 복잡한 하중 하에서 확장 가능한 코어 샌드위치 구조의 기계적 테스트에 대한 다른 연구가 있습니다. 예를 들어, 팽창 골재를 사용한 콘크리트 복합재의 압축 시험, 폭발성 하중을 받는 샌드위치 패널27, 굽힘 시험28 및 저속 충격 시험29, 기능적으로 차별화된 팽창 골재를 사용한 샌드위치 패널의 비선형 굽힘 분석30이 있습니다.
이러한 설계에 대한 컴퓨터 시뮬레이션과 실험적 평가는 종종 시간과 비용이 많이 들기 때문에 임의의 하중 조건에서 다층 팽창 코어 구조를 설계하는 데 필요한 정보를 효율적이고 정확하게 제공할 수 있는 이론적 방법을 개발할 필요가 있습니다. 합리적인 시간. 그러나 현대의 분석 방법에는 여러 가지 한계가 있습니다. 특히, 이러한 이론은 상대적으로 두꺼운 복합 재료의 거동을 예측하고 탄성 특성이 크게 다른 여러 재료로 구성된 복합 재료를 분석할 만큼 정확하지 않습니다.
이러한 해석 모델은 적용된 하중과 경계 조건에 따라 달라지므로 여기서는 팽창 코어 샌드위치패널(판넬)의 굴곡 거동에 중점을 둘 것입니다. 이러한 분석에 사용되는 등가 단일층 이론은 적당한 두께의 샌드위치 복합재에서 매우 불균일한 적층판의 전단 및 축 응력을 정확하게 예측할 수 없습니다. 또한 일부 이론(예: 층 이론)에서는 운동학적 변수(예: 변위, 속도 등)의 수가 층 수에 크게 의존합니다. 이는 특정 물리적 연속성 제약을 만족시키면서 각 레이어의 동작 필드를 독립적으로 설명할 수 있음을 의미합니다. 따라서 이는 모델의 많은 수의 변수를 고려하게 되므로 이 접근 방식은 계산 비용이 많이 듭니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 우리는 다단계 이론의 특정 하위 클래스인 지그재그 이론에 기반한 접근 방식을 제안합니다. 이론은 평면 내 변위의 지그재그 패턴을 가정하여 라미네이트 두께 전체에 걸쳐 전단 응력의 연속성을 제공합니다. 따라서 지그재그 이론은 적층판의 층 수에 관계없이 동일한 수의 운동학적 변수를 제공합니다.
굽힘 하중 하에서 오목한 코어가 있는 샌드위치 패널의 거동을 예측하는 방법의 강력함을 입증하기 위해 우리는 결과를 고전 이론(예: 계산 모델(예: 유한 요소)을 사용한 접근 방식 및 실험 데이터(예: 3점 굽힘)와 비교했습니다. 3D 프린팅 샌드위치 패널). 이를 위해 먼저 지그재그 이론을 바탕으로 변위 관계를 도출한 후 해밀턴 원리를 이용하여 구성 방정식을 구하고 Galerkin 방법을 사용하여 이를 풀었습니다. 얻은 결과는 설계 대응에 강력한 도구입니다. 팽창성 충전재가 포함된 샌드위치 패널의 기하학적 매개변수를 사용하여 기계적 특성이 개선된 구조 검색을 용이하게 합니다.
3층 샌드위치 패널을 고려하십시오(그림 1). 기하학적 설계 매개변수: 상단 레이어 \({h}_{t}\), 중간 레이어 \({h}_{c}\) 및 하단 레이어 \({h}_{ b }\) 두께. 우리는 구조적 핵심이 움푹 들어간 격자 구조로 구성되어 있다고 가정합니다. 구조는 순서대로 배열된 기본 셀로 구성됩니다. 오목 구조의 기하학적 매개변수를 변경하면 기계적 특성(즉, 푸아송비와 탄성 강성 값)을 변경할 수 있습니다. 기본 셀의 기하학적 매개 변수는 그림 1과 2에 나와 있습니다. 1에는 각도(θ), 길이(h), 높이(L) 및 기둥 두께(t)가 포함됩니다.
지그재그 이론은 적당한 두께의 적층 복합 구조의 응력 및 변형 거동을 매우 정확하게 예측합니다. 지그재그 이론의 구조적 변위는 두 부분으로 구성됩니다. 첫 번째 부분은 샌드위치패널(판넬) 전체의 거동을 보여주는 반면, 두 번째 부분은 전단 응력 연속성(또는 소위 지그재그 기능)을 보장하기 위해 레이어 간의 거동을 살펴봅니다. 또한, 지그재그 요소는 이 층 내부가 아닌 라미네이트의 외부 표면에서 사라집니다. 따라서 지그재그 기능은 각 레이어가 전체 단면 변형에 기여하도록 보장합니다. 이 중요한 차이점은 다른 지그재그 기능에 비해 지그재그 기능의 보다 현실적인 물리적 분포를 제공합니다. 현재 수정된 지그재그 모델은 중간층을 따라 가로 전단 응력 연속성을 제공하지 않습니다. 따라서 지그재그 이론에 기초한 변위장은 다음과 같이 쓸 수 있다.
방정식에서. (1), k=b, c, t는 각각 하단, 중간, 상단 레이어를 나타냅니다. 데카르트 축(x, y, z)을 따른 평균 평면의 변위 필드는 (u, v, w)이고, (x, y) 축을 기준으로 한 평면의 굽힘 회전은 \({\uptheta} _ {x}\) 및 \({\uptheta}_{y}\). \({\psi}_{x}\) 및 \({\psi}_{y}\)는 지그재그 회전의 공간량이며, \({\phi}_{x}^{k}\ 왼쪽( z \right)\) 및 \({\phi}_{y}^{k}\left(z\right)\)는 지그재그 함수입니다.
지그재그의 진폭은 적용된 하중에 대한 플레이트의 실제 응답의 벡터 함수입니다. 이는 지그재그 기능의 적절한 스케일링을 제공하여 평면 변위에 대한 지그재그의 전반적인 기여를 제어합니다. 판 두께에 따른 전단 변형률은 두 가지 구성 요소로 구성됩니다. 첫 번째 부분은 라미네이트 두께 전체에 걸쳐 균일한 전단 각도이고, 두 번째 부분은 각 개별 레이어의 두께 전체에 걸쳐 균일한 조각별 상수 함수입니다. 이러한 조각별 상수 함수에 따르면 각 레이어의 지그재그 함수는 다음과 같이 작성할 수 있습니다.
방정식에서. (2), \({c}_{11}^{k}\) 및 \({c}_{22}^{k}\)는 각 층의 탄성 상수이고, h는 층의 전체 두께입니다. 디스크. 또한 \({G}_{x}\) 및 \({G}_{y}\)는 가중 평균 전단 강성 계수로 31로 표현됩니다.
1차 전단 변형 이론의 두 개의 지그재그 진폭 함수(식 (3))와 나머지 5개의 운동학 변수(식 (2))는 이 수정된 지그재그 플레이트 이론 변수와 관련된 7개의 운동학 세트를 구성합니다. 변형의 선형 의존성을 가정하고 지그재그 이론을 고려하면 데카르트 좌표계의 변형 필드는 다음과 같이 얻을 수 있습니다.
여기서 \({\varepsilon}_{yy}\) 및 \({\varepsilon}_{xx}\)는 일반 변형이고 \({\gamma}_{yz},{\gamma}_{xz} \ ) 및 \({\gamma}_{xy}\)는 전단 변형입니다.
Hooke의 법칙을 사용하고 지그재그 이론을 고려하면 오목 격자 구조를 갖는 이방성 판의 응력과 변형률 간의 관계는 식 (1)에서 얻을 수 있습니다. (5)32 여기서 \({c}_{ij}\)는 응력-변형 행렬의 탄성 상수입니다.
여기서 \({G}_{ij}^{k}\), \({E}_{ij}^{k}\) 및 \({v}_{ij}^{k}\)는 잘립니다. 힘은 서로 다른 방향의 계수, 즉 영 계수와 포아송 비입니다. 이러한 계수는 동위원소층의 모든 방향에서 동일합니다. 또한 격자의 복귀 핵에 대해서는 그림 1과 같이 이러한 특성을 33으로 다시 쓸 수 있습니다.
오목한 격자 코어를 갖는 다층 판의 운동 방정식에 해밀턴의 원리를 적용하면 설계에 대한 기본 방정식이 제공됩니다. 해밀턴의 원리는 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
그 중 δ는 변이 연산자를 나타내고, U는 변형 위치 에너지를 나타내고, W는 외부 힘이 한 일을 나타냅니다. 총 잠재적 변형 에너지는 방정식을 사용하여 구합니다. (9), 여기서 A는 중앙 평면의 영역입니다.
z 방향으로 하중(p)이 균일하게 작용한다고 가정하면 외력의 일은 다음 공식으로 구할 수 있습니다.
방정식을 교체하면 방정식 (4)와 (5) (9)를 교체하고 방정식을 바꿉니다. (9)와 (10) (8)을 판 두께에 걸쳐 적분하면 식 (8)은 다음과 같이 다시 작성할 수 있습니다.
인덱스 \(\phi\)는 지그재그 함수를 나타내고, \({N}_{ij}\)와 \({Q}_{iz}\)는 평면 안팎으로 힘을 나타냅니다. \({M} _{ij }\)는 굽힘 모멘트를 나타내며, 계산식은 다음과 같다.
방정식에 부분별 통합을 적용합니다. 식 (12)에 대입하여 변동계수를 계산하면 샌드위치 패널의 정의식은 식 (12)와 같은 형태로 구할 수 있다. (13).
자유롭게 지지되는 3층 플레이트의 미분 제어 방정식은 Galerkin 방법으로 해결됩니다. 준정적 조건을 가정하면 미지의 함수는 방정식(14)으로 간주됩니다.
\({u}_{m,n}\), \({v}_{m,n}\), \({w}_{m,n}\),\({{\uptheta}_ {\mathrm {x}}}_{\mathrm {m} \text{,n}}\),\({{\uptheta }_{\mathrm {y}}}_{\mathrm {m} \text {,n}}\), \({{\uppsi}_{\mathrm{x}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\) 및 \({{\uppsi}_{ \mathrm{y}}}_{\mathrm{m}\text{,n}}\)는 오류를 최소화하여 얻을 수 있는 알 수 없는 상수입니다. \(\overline{\overline{u}} \left({x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{v}} \left({x{\text {,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{w}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline {{{\uptheta}_{x}}}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{{{\uptheta}_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\), \(\overline{\overline{{\psi_{x}}}} \left( {x{\text{, y}}} \right)\) 및 \(\overline{\overline{{ \psi_{y} }}} \left( {x{\text{,y}}} \right)\)는 테스트 함수입니다. 최소한의 필수 경계 조건을 만족해야 합니다. 지원되는 경계 조건의 경우 테스트 함수는 다음과 같이 다시 계산될 수 있습니다.
방정식을 대체하면 대수 방정식이 제공됩니다. (14)를 지배방정식으로 변환하여 방정식 (14)에서 알려지지 않은 계수를 얻을 수 있습니다. (14).
우리는 유한 요소 모델링(FEM)을 사용하여 오목 격자 구조를 코어로 하여 자유롭게 지지되는 샌드위치 패널의 굽힘을 컴퓨터 시뮬레이션합니다. 분석은 상용 유한 요소 코드(예: Abaqus 버전 6.12.1)에서 수행되었습니다. 단순화된 통합을 갖춘 3D 육면체 솔리드 요소(C3D8R)를 사용하여 상단 및 하단 레이어를 모델링하고 선형 사면체 요소(C3D4)를 사용하여 중간(오목) 격자 구조를 모델링했습니다. 메쉬의 수렴을 테스트하기 위해 메쉬 민감도 분석을 수행했으며 변위 결과가 세 레이어 중 가장 작은 피처 크기에서 수렴된다는 결론을 내렸습니다. 샌드위치 플레이트는 네 모서리에서 자유롭게 지지되는 경계 조건을 고려하여 정현파 하중 함수를 사용하여 하중을 받습니다. 선형 탄성 기계적 거동은 모든 레이어에 할당된 재료 모델로 간주됩니다. 레이어 사이에는 특별한 접촉이 없으며 서로 연결되어 있습니다.
우리는 3D 프린팅 기술을 사용하여 프로토타입(즉, 삼중 인쇄된 보조 코어 샌드위치 패널)과 유사한 굽힘 조건(z 방향을 따른 균일 하중 p) 및 경계 조건(즉, 단지 지원됨)을 적용하기 위한 해당 사용자 정의 실험 설정을 만들었습니다. 우리의 분석적 접근 방식에서 가정되었습니다 (그림 1).
3D 프린터로 프린팅된 샌드위치 패널은 2개의 스킨(상부 및 하부)과 오목한 격자 코어로 구성되며, 그 치수는 표 1과 같으며, Ultimaker 3 3D 프린터(이탈리아)에서 증착 방식( FDM). 그 과정에서 기술이 사용됩니다. 베이스 플레이트와 메인 보조 격자 구조를 함께 3D 프린팅하고, 상단 레이어를 별도로 프린팅했습니다. 이는 전체 디자인을 한 번에 인쇄해야 하는 경우 지지대 제거 프로세스 중에 합병증을 방지하는 데 도움이 됩니다. 3D 프린팅 후 두 개의 별도 부품이 초강력 접착제를 사용하여 서로 접착됩니다. 우리는 국부적인 인쇄 결함을 방지하기 위해 폴리락트산(PLA)을 사용하여 최고 충전 밀도(예: 100%)로 이러한 구성 요소를 인쇄했습니다.
맞춤형 클램핑 시스템은 분석 모델에 채택된 것과 동일한 단순 지지 경계 조건을 모방합니다. 이는 그리핑 시스템이 보드가 x 및 y 방향의 가장자리를 따라 이동하는 것을 방지하여 이러한 가장자리가 x 및 y 축을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있음을 의미합니다. 이는 그리핑 시스템의 네 모서리에서 반경 r = h/2인 필렛을 고려하여 수행됩니다(그림 2). 이 클램핑 시스템은 또한 적용된 하중이 시험기에서 패널로 완전히 전달되고 패널 중심선과 정렬되도록 보장합니다(그림 2). 그립 시스템을 프린팅하기 위해 멀티젯 3D 프린팅 기술(ObjetJ735 Connex3, Stratasys® Ltd., USA)과 견고한 상용 수지(예: Vero 시리즈)를 사용했습니다.
3D 프린팅된 맞춤형 그리핑 시스템과 팽창 코어가 있는 3D 프린팅 샌드위치 패널을 사용한 조립의 개략도.
우리는 기계식 테스트 벤치(Lloyd LR, 로드셀 = 100N)를 사용하여 동작 제어 준정적 압축 테스트를 수행하고 20Hz의 샘플링 속도로 기계 힘과 변위를 수집합니다.
이 섹션에서는 제안된 샌드위치 구조에 대한 수치적 연구를 제시합니다. 상하층은 카본 에폭시 수지로 구성되어 있고, 오목형 코어의 격자 구조는 폴리머로 구성되어 있다고 가정한다. 본 연구에 사용된 재료의 기계적 특성은 Table 2에 나타내었다. 또한 변위 결과와 응력장의 무차원 비율은 Table 3에 나타내었다.
균일하게 하중을 받고 자유롭게 지지되는 플레이트의 최대 수직 무차원 변위를 다양한 방법으로 얻은 결과와 비교했습니다(표 4). 제안된 이론, 유한요소법 및 실험적 검증 사이에는 좋은 일치가 있습니다.
수정된 지그재그 이론(RZT)의 수직 변위를 3차원 탄성 이론(Pagano), 1차 전단 변형 이론(FSDT) 및 FEM 결과와 비교했습니다(그림 3 참조). 두꺼운 다층 판의 변위 다이어그램을 기반으로 하는 1차 전단 이론은 탄성 솔루션과 가장 다릅니다. 그러나 수정된 지그재그 이론은 매우 정확한 결과를 예측합니다. 또한 다양한 이론의 면외 전단응력과 면내 법선응력도 비교했는데, 그 중 지그재그 이론이 FSDT보다 더 정확한 결과를 얻었다(그림 4).
y = b/2에서 다양한 이론을 사용하여 계산된 정규화된 수직 변형률의 비교.
다양한 이론을 사용하여 계산된 샌드위치 패널 두께에 따른 전단 응력(a) 및 수직 응력(b)의 변화.
다음으로 오목형 코어를 갖는 단위 셀의 기하학적 매개변수가 샌드위치 패널의 전반적인 기계적 특성에 미치는 영향을 분석했습니다. 단위 셀 각도는 재진입 격자 구조 설계에서 가장 중요한 기하학적 매개 변수입니다. 따라서 우리는 단위 셀 각도와 코어 외부 두께가 플레이트의 전체 처짐에 미치는 영향을 계산했습니다(그림 5). 중간층의 두께가 증가함에 따라 최대 무차원 처짐은 감소합니다. 상대적 굽힘 강도는 두꺼운 코어 레이어와 \(\frac{{h}_{c}}{h}=1\)(즉, 하나의 오목 레이어가 있는 경우)에 증가합니다. 팽창 단위 셀(예: \(\theta =70^\circ\))이 있는 샌드위치 패널은 가장 작은 변위를 갖습니다(그림 5). 이는 팽창 코어의 굽힘 강도가 기존 팽창 코어의 굽힘 강도보다 높지만 효율이 낮고 양의 포아송 비를 가짐을 보여줍니다.
서로 다른 단위 셀 각도와 평면 외 두께를 갖는 오목 격자 막대의 표준화된 최대 처짐.
팽창 격자의 코어 두께와 종횡비(예: \(\theta=70^\circ\))는 샌드위치 플레이트의 최대 변위에 영향을 미칩니다(그림 6). h/l가 증가함에 따라 플레이트의 최대 처짐이 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 또한, 팽창 코어의 두께를 증가시키면 오목 구조의 다공성이 감소하여 구조의 굽힘 강도가 증가한다.
다양한 두께와 길이의 팽창 코어를 갖춘 격자 구조로 인해 발생하는 샌드위치 패널의 최대 처짐.
응력장 연구는 다층 구조의 파손 모드(예: 박리)를 연구하기 위해 단위 셀의 기하학적 매개변수를 변경하여 탐구할 수 있는 흥미로운 영역입니다. 포아송 비는 수직 응력보다 평면 외 전단 응력 필드에 더 큰 영향을 미칩니다(그림 7 참조). 또한 이 효과는 격자 재료의 직교 이방성 특성으로 인해 서로 다른 방향에서 불균일합니다. 오목 구조의 두께, 높이, 길이와 같은 기타 기하학적 매개변수는 응력장에 거의 영향을 미치지 않으므로 본 연구에서는 분석하지 않았습니다.
다양한 오목 각도를 갖는 격자 필러를 사용한 샌드위치 패널의 다양한 층에서 전단 응력 성분의 변화.
여기서는 오목한 격자 코어를 갖는 자유 지지 다층판의 굽힘 강도를 지그재그 이론을 사용하여 조사합니다. 제안된 공식은 3차원 탄성 이론, 1차 전단 변형 이론, FEM을 포함한 다른 고전 이론과 비교됩니다. 또한 결과를 3D 프린팅 샌드위치 구조에 대한 실험 결과와 비교하여 방법을 검증합니다. 우리의 결과는 지그재그 이론이 굽힘 하중 하에서 적당한 두께의 샌드위치 구조의 변형을 예측할 수 있음을 보여줍니다. 또한 오목 격자 구조의 기하학적 변수가 샌드위치 패널의 굽힘 거동에 미치는 영향을 분석했습니다. 결과는 팽창 수준이 증가함에 따라(즉, θ <90) 굽힘 강도가 증가한다는 것을 보여줍니다. 또한 종횡비를 늘리고 코어 두께를 줄이면 샌드위치 패널의 굽힘 강도가 감소합니다. 마지막으로 포아송비가 면외 전단응력에 미치는 영향을 연구한 결과, 적층판의 두께에 따라 발생하는 전단응력에 포아송비가 가장 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 제안된 공식과 결론은 항공우주 및 생체의학 기술에서 하중 지지 구조 설계에 필요한 보다 복잡한 하중 조건에서 오목 격자 필러를 사용하여 다층 구조를 설계하고 최적화하는 방법을 열 수 있습니다.
현재 연구에서 사용 및/또는 분석된 데이터세트는 합당한 요청이 있을 경우 해당 저자에게 제공됩니다.
Aktai L., Johnson AF 및 Kreplin B. Kh. 허니컴 코어의 파괴 특성에 대한 수치 시뮬레이션. 엔지니어. 프랙탈. 털. 75(9), 2616-2630(2008).
Gibson LJ 및 Ashby MF 다공성 고체: 구조 및 특성(Cambridge University Press, 1999).
게시 시간: 2023년 8월 12일