Studying the Properties of Metamaterials with a Negative Poisson’s Ratio when Punched by a Rigid Impactor

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Some properties of metamaterials with a negative Poisson’s ratio (auxetics) have been studied experimentally when punched along the normal by a rigid spherical impactor. Samples of a metamaterial with a chiral structure (hexachirals honeycomb) are made of e-PLA plastic using a 3D printer. In experiments, a deviation of the direction of movement of the impactor after leaving the punched sample from the approach direction (normal to the side surface) is observed. The dependence of the impactor projection direction on the orientation of the elements of chiral symmetry of the samples is established. A FE model for calculating the penetration of a chiral structure has been developed. Numerical results are presented and their agreement with experimental data is noted.

Sobre autores

S. Ivanova

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS, 119526, Moscow, Russia

Email: lisovenk@ipmnet.ru
Россия, Москва

K. Osipenko

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS, 119526, Moscow, Russia

Email: lisovenk@ipmnet.ru
Россия, Москва

A. Demin

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS, 119526, Moscow, Russia

Email: lisovenk@ipmnet.ru
Россия, Москва

N. Banichuk

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS, 119526, Moscow, Russia

Email: lisovenk@ipmnet.ru
Россия, Москва

D. Lisovenko

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS, 119526, Moscow, Russia

Autor responsável pela correspondência
Email: lisovenk@ipmnet.ru
Россия, Москва

Bibliografia

  1. Lim T.-C. Auxetic materials and structures. Singapore: Springer, 2015. https://doi.org/10.1007/978-981-287-275-3
  2. Kolken H.M.A., Zadpoor A.A. Auxetic Mechanical Metamaterials // RSC Adv. 2017. V. 7. № 9. P. 5111–5129. https://doi.org/10.1039/C6RA27333E
  3. Ren X., Das R., Tran P. et al. Auxetic Metamaterials and Structures: A Review // Smart Mater. Struct. 2018. V. 27. № 2. P. 023001. https://doi.org/10.1088/1361-665X/aaa61c
  4. Wu W., Hu W., Qian G. et al. Mechanical design and multifunctional applications of chiral mechanical metamaterials: A review // Mater. Des. 2019. V. 180. P. 107950. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.107950
  5. Городцов В.А., Лисовенко Д.С. Ауксетики среди материалов с кубической анизотропией // Изв. РАН. МТТ. 2020. № 4. С. 7–24. https://doi.org/10.31857/S0572329920040054
  6. Шитикова М.В. Обзор вязкоупругих моделей с операторами дробного порядка, используемых в динамических задачах механики твердого тела // Изв. РАН. МТТ. 2022. № 1. С. 3–40. https://doi.org/10.31857/S0572329921060118
  7. Gao Y., Huang H. Energy absorption and gradient of hybrid honeycomb structure with negative Poisson’s ratio // Mech. Solids. 2022. V. 57. № 5. P. 1118–1133. https://doi.org/10.3103/S0025654422050053
  8. Скрипняк В.В., Чирков М.О., Скрипняк В.А. Моделирование механической реакции ауксетических метаматериалов на динамические воздействия // Вестник ПНИПУ. Механика. 2021. № 2. С. 144–152. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2021.2.13
  9. Imbalzano G., Tran P., Lee P.V.S. et al. Influences of material and geometry in the performance of auxetic composite structure under blast loading // Appl. Mech. Mater. 2016. V. 846. P. 476–481. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.846.476
  10. Zhao X., Gao Q., Wang L. et al. Dynamic crushing of double-arrowed auxetic structure un-der impact loading // Mater. Des. 2018. V. 160. P. 527–537. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.09.041
  11. Li C., Shen H.S., Wang H. Nonlinear dynamic response of sandwich plates with functionally graded auxetic 3D lattice core // Nonlinear Dyn. 2020. V. 100. P. 3235–3252. https://doi.org/10.1007/s11071-020-05686-4
  12. Qiao J.X., Chen C.Q. Impact resistance of uniform and functionally graded auxetic double arrowhead honeycombs // Inter. J. Impact Eng. 2015. V. 83. P. 47–58. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2015.04.005
  13. Novak N., Starcevic L., Vesenjak M. et al. Blast response study of the sandwich composite panels with 3D chiral auxetic core // Compos. Struct. 2019. V. 210. P. 167–178. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.11.050
  14. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Кузнецов В.А., Соловьев Н.Г., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С. Экспериментальное исследование свойств ауксетических и неауксетических метаматериалов из металла при проникании в них жестких ударников // Изв. РАН. МТТ. 2023. № 2. С. 176–180. https://doi.org/10.31857/S0572329922600773
  15. Lakes R. Deformation mechanisms in negative Poisson’s ratio materials: structural aspects // J. Mater. Sci. 1991. V. 26. P. 2287–2292. https://doi.org/10.1007/BF01130170
  16. Grima J.N., Gatt R., Farrugia P.-S. On the properties of auxetic meta-tetrachiral structures // Phys Status Solidi B. 2008. V.245. № 3. P. 511–520. https://doi.org/10.1002/pssb.200777704
  17. Alderson A., Alderson K., Attard D. et al. Elastic constants of 3-, 4-and 6-connected chiral and anti-chiral honeycombs subject to uniaxial in-plane loading // Compos. Sci. Technol. 2010. V. 70. P. 1042–1048. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2009.07.009
  18. Витман Ф.Ф., Иоффэ Б.С. Простой метод нахождения динамической твердости металлов с помощью двустороннего конуса // Заводская лаборатория. 1948. Т. XIV. № 6. С. 727–732.
  19. Витман Ф.Ф., Степанов В.А. Влияние скорости деформирования на сопротивление деформированию металлов при скоростях удара 102–103 м/с // Некоторые проблемы прочности твердого тела. Изд-во АН СССР, 1959. С. 207–221.
  20. Каниболотский М.А., Уржумцев Ю.С. Оптимальное проектирование слоистых конструкций. Новосибирск: Наука, 1989. 176 с.
  21. Баничук Н.В., Иванова С.Ю., Макеев Е.В., Турутько А.И. Некоторые аналитические и численные оценки параметров оптимальной структуры защитной плиты // Проблемы прочности и пластичности. 2013. Т. 75. № 3. С. 206–214.
  22. Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Applied high-speed plate penetration dynamics. Dordrecht: Springer, 2006. 353 p.
  23. Баничук Н.В., Иванова С.Ю. Оптимизация: контактные задачи и высокоскоростное проникание. М.: Физматлит, 2016. 176 с.
  24. Бивин Ю.К., Колесников В.А., Флитман Л.М. Определение механических свойств среды методом динамического внедрения // Изв. АН СССР. МТТ. 1982. № 5. С. 181–185.
  25. Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. Modeling of high-speed penetration into concrete shields and shape optimization of impactors // Mech. Based Des. Struct. Mach. 2006. V. 34. № 2. P. 139–156. https://doi.org/10.1080/15397730600663398
  26. Баничук Н.В., Иванова С.Ю. Оптимизация формы жесткого тела, внедряющегося в сплошную среду // Проблемы прочности и пластичности. 2007. С. 47–58.
  27. Ben-Dor G., Dubinsky A., Elperin T. High-Speed Penetration Modeling and Shape Optimization of the Projectile Penetrating into Concrete Shields // Mech. Based Des. Struct. Mach. 2009. 37. № 4. P. 538–549. https://doi.org/10.1080/15397730903272830
  28. Cuncheng Shi, Mingyang Wang, Jie Li, Mengshen Li. A model of depth calculation for projectile penetration into dry sand and comparison with experiments // Int. J. Impact Eng. 2014. V. 73. P. 112–122. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2014.06.010

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2.

Baixar (934KB)
Metadados
3.

Baixar (585KB)
Metadados
4.

Baixar (588KB)
Metadados
5.

Baixar (662KB)
Metadados
6.

Baixar (77KB)
Metadados
7.

Baixar (740KB)
Metadados
8.

Baixar (128KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © С.Ю. Иванова, К.Ю. Осипенко, А.И. Демин, Н.В. Баничук, Д.С. Лисовенко, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».