پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 7 |
| تعداد شماره‌ها | 405 |
| تعداد مقالات | 5,424 |
| تعداد مشاهده مقاله | 5,544,369 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 5,027,732 |
طراحی و تحلیل رفتار مکانیکی یک ساختار مشبک آگزتیک جدید بر پایه مکانیزم صلب چرخنده | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| مقاله 2، دوره 55، شماره 2، اردیبهشت 1402، صفحه 179-192 اصل مقاله (1.83 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2023.21749.7506 | ||
| نویسندگان | ||
| رضا جعفری ندوشن* 1؛ محمدجواد عبقری2 | ||
| 1دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران | ||
| 2دانشکده مهندسی نساجی، دانشگاه یزد، یزد، ایران | ||
| چکیده | ||
| مواد آگزتیک با نسبت پواسون منفی به عنوان یکی از انواع فرامواد به دلیل خواص مکانیکی جذاب و قابل توجه، توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده‌‌اند. سازه‌‌های صلب چرخنده یکی از انواع مواد آگزتیک هستند که با تنظیم متغیرها، رفتار همسانی را در جهات مختلف نشان می‌‌دهند، اما این سازه‌‌ها بدلیل استفاده از بلوک‌‌های صلب دارای چگالی نسبی زیادی می‌‌باشند. از طرفی علی رغم چگالی نسبی بالا این سازه‌‌ها در اتصالات اجزای چرخنده به یکدیگر ضعیف بوده و دارای سفتی و استحکام بالایی نیستند و با توجه به چگالی نسبی بالا خواص ویژه مکانیکی کمی دارند. در این پژوهش یک ساختار مشبک جدید با الهام از سازه‌‌های صلب چرخنده ولی با چگالی نسبی بسیار کمتر ایجاد گردید. برای کاهش چگالی نسبی در این ساختار بجای بلوک‌‌های صلب از المان‌‌های میله‌‌ای استفاده شده است. ساختار جدید با استفاده از فرآیند چاپ سه‌‌بعدی ساخته شد و تحت آزمایش کشش قرار گرفت. با عکس‌‌برداری از ساختار قبل و در حین تغییرشکل، ضریب پواسون آن اندازه‌‌گیری گردید .همچنین با روش اجزای محدود، رفتار تغییرشکل ساختار پیشنهادشده شبیه‌‌سازی و با نتایج تجربی مقایسه شد. هر دو روش نشان‌‌دهنده رفتار آگزتیک ساختار جدید هستند. در ادامه مکانیزم تغییرشکل ساختار و همچنین محدوده‌‌ای از شکل ساختار که رفتار آگزتیک در آن مشاهده می‌‌شود بررسی گردید. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| ساختارهای آگزتیک؛ نسبت پواسون منفی؛ ساختار مشبک؛ چاپ سه‌‌بعدی؛ شبیه‌‌سازی اجزای محدود | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Design and analysis of mechanical behavior of a novel lattice auxetic structure based on rigid rotating mechanism | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Reza Jafari Nedoushan1؛ Mohammad Javad Abghary2 | ||
| 1Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology,, Isfahan, Iran | ||
| 2Department of Textile Engineering, Yazd University, Yazd, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Auxetic materials with negative Poisson’s ratio, as a group of metamaterials, attracted significant attentions among researchers due to their interesting and remarkable mechanical properties. Rigid rotating structures are a subcategory of auxetic materials which can show the same behavior in various directions by tuning their parameters, but due to using rigid rotating blocks their relative density is high. As the rotating blocks are connected by weak joints, stiffness and strength of these structures are low and considering high relative density of these structures specific mechanical properties are even in worse condition. In this research, novel lattice structures based on rigid rotating structures but with remarkably lower relative density were presented. To reduce relative density of these structures, bar elements were used instead of rigid blocks. 3D printing method was used to manufacture samples with these structures and then tensile test was performed on the samples. Poisson’s ratios of the samples were measured by recording image of the structures before and during deformation. The behavior of the structures was predicted by finite element method and compared with experimental measurements. Both of the methods showed auxetic behavior of the structures. Then deformation mechanism of the structures and the effect of the structures shape on the auxeticity were investigated. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Auxetic structures, negative poisson’ ratio, lattice structures, 3D printing, finite element modeling | ||
|
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
| مراجع | ||
|
1- K. Evans, M. Nkansah, I. Hutchinson, S. Rogers, Molecular network design, Nature, 353(6340), (1991) 124-124. 2- R. Lakes, Foam structures with a negative Poisson's ratio, Science, 235(4792) (1987) 1038-40. 3- A. Boakye, Y. Chang, RK. Raji, P. Ma, A review on auxetic textile structures, their mechanism and properties, Journal of Textile Science & Fashion Technology, 2(1) (2019) 1-0. 4- T.A. Schaedler, W.B. Carter, Architected cellular materials, Annual Review of Materials Research, 46 (2016) 187-210. 5- X. Ren, R. Das, P. Tran, TD. Ngo, YM. Xie, Auxetic metamaterials and structures: a review, Smart materials and structures, 27(2) (2018) 023001. 6- M.N. Ali, J.J. Busfield, I.U. Rehman, Auxetic oesophageal stents: structure and mechanical properties, Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 25(2) (2014) 527-53. 7- M.N. Ali, I.U. Rehman, An Auxetic structure configured as oesophageal stent with potential to be used for palliative treatment of oesophageal cancer; development and in vitro echanical analysis, Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 22(11) (2011) 2573-81. 8- G. Burriesci, G. Bergamasco, inventors; Sorin Biomedica Cardio SpA, assignee. Annuloplasty prosthesis with an auxetic structure, United States patent US 8,034,103. (2011) 9- K. Kuribayashi, K. Tsuchiya, Z. You, D. Tomus, M. Umemoto, T. Ito, M. Sasaki, Self-deployable origami stent grafts as a biomedical application of Ni-rich TiNi shape memory alloy foil, Materials Science and Engineering: A, 419(1-2) (2006) 131-7. 10- T.M. Cross, K.W. Hoffer, D.P. Jones, P.B. Kirschner, E. Langvin, J.C. Meschter, inventors; Nike Inc, assignee, Auxetic structures and footwear with soles having auxetic structures, United States patent US 9,402,439. (2016). 11- T. Li, F. Liu, L. Wang, Enhancing indentation and impact resistance in auxetic composite materials, Composites Part B: Engineering, 198 (2020) 108229. 12- Q. Wang, Z. Li, Y. Zhang, S. Cui, Z. Yang, Z. Lu, Ultra-low density architectured metamaterial with superior mechanical properties and energy absorption capability, Composites Part B: Engineering, 202 (2020) 108379. 13- M.L. De Bellis, A. Bacigalupo, Auxetic behavior and acoustic properties of microstructured piezoelectric strain sensors, Smart Materials and Structures, 26(8) (2017) 085037. 14- J. Ko, S. Bhullar, Y. Cho, P.C. Lee, M.B. Jun, Design and fabrication of auxetic stretchable force sensor for hand rehabilitation, Smart Materials and Structures, 24(7) (2015) 075027. 15- S. Jacobs, C. Coconnier, D. DiMaio, F. Scarpa, M. Toso, J. Martinez, Deployable auxetic shape memory alloy cellular antenna demonstrator: design, manufacturing and modal testing, Smart Materials and Structures, 21(7) (2012) 075013. 16- A. Alomarah, J. Zhang, D. Ruan, S. Masood, G. Lu, Mechanical properties of the 2D re-entrant honeycomb made via direct metal printing, InIOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 229(1) (2017) 012038. 17- Z. Dong, Y. Li, T. Zhao, W. Wu, D. Xiao, J. Liang, Experimental and numerical studies on the compressive mechanical properties of the metallic auxetic reentrant honeycomb, Materials & Design, 182 (2019) 108036. 18- MS. Rad, H. Hatami, Z. Ahmad, AK. Yasuri, Analytical solution and finite element approach to the dense re-entrant unit cells of auxetic structures, Acta Mechanica, 230(6) (2019) 2171-85. 19- M.H. Fu, Y. Chen, L.L.Hu, A novel auxetic honeycomb with enhanced in-plane stiffness and buckling strength, Composite Structures, 160 (2017) 574-85. 20- J. Huang, Q. Zhang, F. Scarpa, Y. Liu, J. Leng, In-plane elasticity of a novel auxetic honeycomb design, Composites Part B: Engineering, 110 (2017) 72-82. 21- Z.X. Lu, X. Li, Z.Y. Yang, F. Xie, Novel structure with negative Poisson’s ratio and enhanced Young’s modulus, Composite Structures, 138 (2016) 243-52. 22- J. Zhang, G. Lu, Z. You, Large deformation and energy absorption of additively manufactured auxetic materials and structures: A review, Composites Part B: Engineering, 201 (2020) 108340. 23- A. Alderson, K.L. Alderson, D. Attard, K.E. Evans, R. Gatt, J.N. Grima, W. Miller, N. Ravirala, C.W. Smith, K. Zied, Elastic constants of 3-, 4-and 6-connected chiral and anti-chiral honeycombs subject to uniaxial in-plane loading, Composites Science and Technology, 70(7) (2010) 1042-8. 24- C. Hu, J. Dong, J. Luo, Q.H. Qin, G. Sun, 3D printing of chiral carbon fiber reinforced polylactic acid composites with negative Poisson's ratios, Composites Part B: Engineering, 201 (2020) 108400. 25- R. Jafari Nedoushan, Y. An, WR. Yu, New auxetic materials with stretch-dominant architecture using simple trusses., Mechanics of Advanced Materials and Structures, (2021) 1-7. 26- R. Jafari Nedoushan, Y. An, WR. Yu, M.J. Abghary, Novel triangular auxetic honeycombs with enhanced stiffness, Composite Structures, 277 (2021) 114605. 27- FG. Broeren, V. van der Wijk, JL. Herder, Spatial pseudo-rigid body model for the analysis of a tubular mechanical metamaterial, Mathematics and Mechanics of Solids, 25(2) (2020) 305-16. 28- J.N. Grima, K.E. Evans Auxetic behavior from rotating squares, Journal of Materials Science Letters, 19(17) (2000) 1563–1565. 29- J.N. Grima, R. Gatt, B. Ellul, E. Chetcuti, Auxetic behaviour in non-crystalline materials having star or triangular shaped perforations, Journal of Non-Crystalline Solids, 356(37-40) (2010) 1980-7. 30- L. Mizzi, A. Spaggiari, Lightweight mechanical metamaterials designed using hierarchical truss elements, Smart Materials and Structures, 29(10) (2020) 105036. 31- R. Jafari Nedoushan, WR. Yu, A new auxetic structure with enhanced stiffness via stiffened elliptical perforations, Functional Composites and Structures, 2(4) (2020) 045006. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 411 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,008 |
||
