Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С. Исследование влияния вязкого заполнителя на механические свойства метаматериалов с отрицательным и положительным коэффициентом Пуассона при пробивании жестким ударником // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. 2024. № 4(62). С. 62-75. DOI: https://doi.org/10.37972/chgpu.2024.62.4.005. EDN: SFQXCI.

Автор(ы)

Иванова С.Ю. — Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАНORCIDeLibrary

Осипенко К.Ю. — Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАНORCIDeLibrary

Баничук Н.В. — Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАНORCIDeLibrary

Лисовенко Д.С. — Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАНORCIDeLibrary

Название статьи

Исследование влияния вязкого заполнителя на механические свойства метаматериалов с отрицательным и положительным коэффициентом Пуассона при пробивании жестким ударником

Название (англ.): Investigation of the effect of a viscous filler on the mechanical properties of metamaterials with negative and positive Poisson’s ratio when punching with a rigid impactor

Индекс(ы) УДК

539.3

DOI

10.37972/chgpu.2024.62.4.005

EDN

SFQXCI

Ключевые слова

метаматериалы; ауксетики; экспериментальные исследования; пробивание; жесткие ударники

Аннотация

Проведены эксперименты по пробиванию сферическим жестким ударником образцов метаматериалов на основе e-PLA пластика, изготовленных с помощью 3D принтера. Образцы со структурой на основе ячеек в виде вогнутого шестиугольника обладали отрицательным коэффициентом Пуассона (ауксетики) и сравнивались с неауксетиками с обычной сотовой структурой в виде выпуклого шестиугольника по способности сопротивляться пробиванию. Рассматривались в том числе структуры, обладающие хиральностью. Эксперименты проводились в условиях воздушного наполнения ячеек структуры и наполнения желатином. Установлен факт существенного повышения сопротивляемости пробиванию при заполнении желатином ауксетических хиральных образцов по сравнению с заполненными хиральными неауксетиками. Для хиральных метаматериалов с желатином фиксировалось отклонение направления движения ударника после вылета из пробиваемого образца.

Даты

Поступила: 01.10.2024; Принята: 10.12.2024; Опубликована: 27.12.2024

Страницы

62-75

Полная версия статьи

Скачать PDF

QR-код EDN

1. Иванова С. Ю., Осипенко К. Ю., Кузнецов В. А. и др. Экспериментальное исследование свойств ауксетических и неауксетических метаматериалов из металла при проникании в них жестких ударников // Известия РАН. МТТ. 2023. № 2. С. 176-180.  DOI: 10.31857/S0572329922600773 EDN: DHLUFH
2. Иванова С. Ю., Осипенко К. Ю., Демин А. И. и др. Изучение свойств метаматериалов с отрицательным коэффициентом Пуассона при пробивании жестким ударником // Известия РАН. МТТ. 2023. № 5. С. 120-130.  DOI: 10.31857/S0572329923600366 EDN: GBZWAQ
3. Иванова С. Ю., Осипенко К. Ю., Баничук Н. В., Лисовенко Д. С. Экспериментальное исследование свойств метаматериалов на основе PLA пластика при пробивании жестким ударником // Известия РАН. МТТ. 2024. № 4. С. 207-215.  DOI: 10.31857/S1026351924040146 EDN: UCEOZU
4. Gao Y., Huang H. Energy absorption and gradient of hybrid honeycomb structure with negative Poisson's ratio // Mech. Solids. 2022. Vol. 57, no. 5. P. 1118-1133.  DOI: 10.3103/S0025654422050053 EDN: WQGQIZ
5. Xing Y., Deng B., Cao M. et al. Influence of structural and morphological variations in orthogonal trapezoidal aluminum honeycomb on quasi-static mechanical properties // Mech. Solids. 2024. Vol. 59, no. 1. P. 445-458.  DOI: 10.1134/S0025654423602550 EDN: OCKRMV
6. 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.  DOI: 10.15593/perm.mech/2021.2.13 EDN: ELZBAF
7. 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. Vol. 846. P. 476-481.  DOI: 10.4028/www.scientific.net/amm.846.476
8. Zhao X., Gao Q., Wang L. et al. Dynamic crushing of double-arrowed auxetic structure under impact loading // Mater. Des. 2018. Vol. 160. P. 527-537.  DOI: 10.1016/j.matdes.2018.09.041
9. Li C., Shen H.-S., Wang H. Nonlinear dynamic response of sandwich plates with functionally graded auxetic 3D lattice core // Nonlinear Dyn. 2020. Vol. 100, no. 4. P. 3235-3252.  DOI: 10.1007/s11071-020-05686-4 EDN: QCCWXZ
10. Qiao J. X., Chen C. Q. Impact resistance of uniform and functionally graded auxetic double arrowhead honeycombs // Inter. J. Impact Eng. 2015. Vol. 83. P. 47-58.  DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2015.04.005
11. Novak N., Starˇceviˇc L., Vesenjak M., Ren Z. Blast response study of the sandwich composite panels with 3D chiral auxetic core // Compos. Struct. 2019. Vol. 210. P. 167- 178.  DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.11.050
12. 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.
13. Витман Ф. Ф., Степанов В. А. Влияние скорости деформирования на сопротивление деформированию металлов при скоростях удара 102∇·103 м/сек // Некоторые проблемы прочности твердого тела. Изд-во АН СССР. 1959. С. 207-221.
14. Каниболотский М. А., Уржумцев Ю. С. Оптимальное проектирование слоистых конструкций. Новосибирск: Наука, 1989.
15. 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.  DOI: 10.32326/1814-9146-2013-75-3-206-214 EDN: ROXXJX

1. Ivanova S.Yu., Osipenko K.Yu., Kuznetsov V.A., et al. Experimental study of the properties of metallic auxetic and non-auxetic metamaterials under penetration by rigid impactors. Izvestiya RAN. Mekhanika Tverdogo Tela, 2023, no. 2, pp. 176–180. DOI: 10.31857/S0572329922600773. EDN: DHLUFH. (In Russian).
2. Ivanova S.Yu., Osipenko K.Yu., Demin A.I., et al. Study of the properties of metamaterials with a negative Poisson’s ratio under perforation by a rigid impactor. Izvestiya RAN. Mekhanika Tverdogo Tela, 2023, no. 5, pp. 120–130. DOI: 10.31857/S0572329923600366. EDN: GBZWAQ. (In Russian).
3. Ivanova S.Yu., Osipenko K.Yu., Banichuk N.V., Lisovenko D.S. Experimental study of the properties of PLA-based metamaterials under perforation by a rigid impactor. Izvestiya RAN. Mekhanika Tverdogo Tela, 2024, no. 4, pp. 207–215. DOI: 10.31857/S1026351924040146. EDN: UCEOZU. (In Russian).
4. Gao Y., Huang H. Energy absorption and gradient of hybrid honeycomb structure with negative Poisson’s ratio. Mechanics of Solids, 2022, vol. 57, no. 5, pp. 1118–1133. DOI: 10.3103/S0025654422050053. EDN: WQGQIZ.
5. Xing Y., Deng B., Cao M., et al. Influence of structural and morphological variations in orthogonal trapezoidal aluminum honeycomb on quasi-static mechanical properties. Mechanics of Solids, 2024, vol. 59, no. 1, pp. 445–458. DOI: 10.1134/S0025654423602550. EDN: OCKRMV.
6. Skripnyak V.V., Chirkov M.O., Skripnyak V.A. Modeling the mechanical response of auxetic metamaterials to dynamic loading. PNRPU Mechanics Bulletin, 2021, no. 2, pp. 144–152. DOI: 10.15593/perm.mech/2021.2.13. EDN: ELZBAF. (In Russian).
7. Imbalzano G., Tran P., Lee P.V.S., et al. Influences of material and geometry on the performance of an auxetic composite structure under blast loading. Applied Mechanics and Materials, 2016, vol. 846, pp. 476–481. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.846.476.
8. Zhao X., Gao Q., Wang L., et al. Dynamic crushing of double-arrowed auxetic structure under impact loading. Materials & Design, 2018, vol. 160, pp. 527–537. DOI: 10.1016/j.matdes.2018.09.041.
9. Li C., Shen H.-S., Wang H. Nonlinear dynamic response of sandwich plates with functionally graded auxetic 3D lattice core. Nonlinear Dynamics, 2020, vol. 100, no. 4, pp. 3235–3252. DOI: 10.1007/s11071-020-05686-4. EDN: QCCWXZ.
10. Qiao J.X., Chen C.Q. Impact resistance of uniform and functionally graded auxetic double-arrowhead honeycombs. International Journal of Impact Engineering, 2015, vol. 83, pp. 47–58. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2015.04.005.
11. Novak N., Starčevič L., Vesenjak M., Ren Z. Blast response study of sandwich composite panels with a 3D chiral auxetic core. Composite Structures, 2019, vol. 210, pp. 167–178. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.11.050.
12. Vitman F.F., Ioffe B.S. A simple method for determining the dynamic hardness of metals using a double-sided cone. Zavodskaya Laboratoriya, 1948, vol. 14, no. 6, pp. 727–732. (In Russian).
13. Vitman F.F., Stepanov V.A. Influence of strain rate on the deformation resistance of metals at impact velocities of 10²–10³ m/s. Nekotorye Problemy Prochnosti Tverdogo Tela. Academy of Sciences of the USSR Publ., 1959, pp. 207–221. (In Russian).
14. Kanibolotskii M.A., Urzhumtsev Yu.S. Optimal Design of Layered Structures. Novosibirsk, Nauka Publ., 1989. (In Russian).
15. Banichuk N.V., Ivanova S.Yu., Makeev E.V., Turut'ko A.I. Some analytical and numerical estimates of the parameters of the optimal structure of a protective plate. Problemy Prochnosti i Plastichnosti, 2013, vol. 75, no. 3, pp. 206–214. DOI: 10.32326/1814-9146-2013-75-3-206-214. EDN: ROXXJX. (In Russian).

Авторские права и лицензия

© 2024 Автор(ы). Статья публикуется в открытом доступе на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» 4.0 Всемирная (CC BY 4.0), которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего указания авторства. Авторские права на статью сохраняются за авторами.