Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Демин А.И., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С. О влиянии температуры гибких сотовых метаматериалов на потери энергии ударника при пробивании // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. 2025. № 4(66). С. 185-202. DOI: https://doi.org/10.37972/chgpu.2025.66.4.013. EDN: USAOTQ.

Автор(ы)

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

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

Демин А.И. — Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАНeLibrary

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

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

Название статьи

О влиянии температуры гибких сотовых метаматериалов на потери энергии ударника при пробивании

Название (англ.): On the effect of the temperature of flexible cellular metamaterials on the energy loss of the impactor during penetration

Индекс(ы) УДК

539.374

DOI

10.37972/chgpu.2025.66.4.013

EDN

USAOTQ

Ключевые слова

метаматериалы; ауксетики; температура; экспериментальные исследования; пробивание; жесткие ударники

Аннотация

Экспериментально исследовалось сопротивление образцов ауксетических метаматериалов, изготовленных на 3D-принтере из гибкого термопластичного полиуретана (TPU 95A пластика) на основе ячейки в виде вогнутого шестиугольника (метаматериалов с отрицательным коэффициентом Пуассона), пробиванию по нормали жестким сферическим ударником. Были подготовлены образцы, внутренняя структура которых отличались углом поворота (0, 30, 45, 60 или 90 градусов) относительно вертикальной оси. Образцы сравнивались по способности снижать кинетическую энергию ударников на скорости около 190 м/c при температурах 5, 16, 25 и 35◦С. Было установлено, что в рассмотренном диапазоне температур образцы наиболее эффективно сопротивляются пробиванию ударником при 25◦С. При этом для всех температур наибольшее сопротивление характерно для ауксетических метаматериалов из термопластичного полиуретана, с развернутой на 90 градусов структурой.

Финансирование

Название программы финансирования: Работа выполнена по темам Госзадания (номера госрегистрации 124013000674-0, 124012500437-9).. Номер программы финансирования: 124013000674-0, 124012500437-9. Организация, предоставившая финансирование: Госзадание.

Даты

Поступила: 24.09.2025; Принята: 28.11.2025; Опубликована: 30.12.2025

Страницы

185-202

Полная версия статьи

Скачать PDF

QR-код EDN

1. Auxetic metamaterials and structures: a review / X. Ren [et al.] // Smart Mater. Struct. - 2018. - Vol. 27, no. 2. - P. 023001. -  DOI: 10.1088/1361-665X/aaa61c
2. Dynamic crushing of double-arrowed auxetic structure under impact loading / X. Zhao [et al.] // Mater. Design. - 2018. - Vol. 160. - P. 527-537. - 10.1016/ j.matdes.2018.09.041.  DOI: 10.1016/j.matdes.2018.09.041
3. A review on various aspects of auxetic materials / S. Naik [et al.] // AIP Conf. Proc. - 2019. - Vol. 2105. - P. 020004. -  DOI: 10.1063/1.5100689
4. 3D metamaterials / M. Kadic [et al.] // Nature Rev. Phys. - 2019. - Vol. 1, no. 3. - P. 198-210. -  DOI: 10.1038/s42254-018-0018-y EDN: HIUJZK
5. Yoo S., Park Q.-H. Metamaterials and chiral sensing: a review of fundamentals and applications // Nanophotonics. - 2019. - Vol. 8, no. 2. - P. 249-261. -  DOI: 10.1515/nanoph-2018-0167 EDN: OLLJMS
6. Mechanical design and multifunctional applications of chiral mechanical metamaterials: A review / W. Wu [et al.] // Mater. Design. - 2019. - Vol. 180. - P. 107950. -  DOI: 10.1016/j.matdes.2019.107950 EDN: JRJWSO
7. Cellular auxetic structures for mechanical metamaterials: A review / P. U. Kelkar [et al.] // Sensors. - 2020. - Vol. 20, no. 11. - P. 3132.  DOI: 10.3390/s20113132 EDN: ACDQBP
8. The use of auxetic materials in tissue engineering / P. Mardling [et al.] // Biomater. Sci. - 2020. - Vol. 8, no. 8. - P. 2074-2083. - 10.1039/C9BM01928F.  DOI: 10.3390/s20113132.8.Theuseofauxeticmaterialsintissueengineering/P.Mardling EDN: YDTIQG
9. Design and manufacturing of mechanical metamaterials. A review / M. K. Kim [et al.] // Compos. Res. - 2021. - Vol. 34, no. 4. - P. 199-211. - 10.7234/ composres.2021.34.4.199.  DOI: 10.7234/composres.2021.34.4.199
10. Joseph A., Mahesh V., Harursampath D. On the application of additive manufacturing methods for auxetic structures: a review // Adv. in Manufacturing. - 2021. - Vol. 9, no. 3. - P. 342-368. -  DOI: 10.1007/s40436-021-00357-y EDN: ELVIFJ
11. Influences of material and geometry in the performance of auxetic composite structure under blast loading / G. Imbalzano [et al.] // Appl. Mech. Mater. - 2016. - Vol. 846. - P. 476-481. -  DOI: 10.4028/www.scientific.net/amm.846.476
12. Usta F., Tu¨rkmen H. S., Scarpa F. High-velocity impact resistance of doubly curved sandwich panels with re-entrant honeycomb and foam core // Inter. J. Impact Eng. - 2022. - Vol. 165. - P. 104230. -  DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2022.104230 EDN: DFMTTL
13. Analysis of the penetration ability of exponential bullets on TPMS structures with variable density / Q. Jiang [et al.] // Mech. Solids. - 2024. - Vol. 59, no. 5. - P. 3198-3211. - -  DOI: 10.1134/S0025654424605640 EDN: ENTUBT
14. Dynamic response and energy absorption characteristics of auxetic concave honeycomb pad for ballistic helmet under shock wave and bullet impact / Z. Y. Shen [et al.] // Mech. Solids. - 2024. - Vol. 59, no. 5. - P. 3050-3067. - -  DOI: 10.1134/S0025654424605159 EDN: ZALSXG
15. Dynamic response of novel sandwich structures with 3D sinusoid-parallel-hybrid honeycomb auxetic cores: The cores based on negative Poisson's ratio of elastic jump / Y. Yu [et al.] // Eur. J. Mech. - A/Solids. - 2025.- Vol. 109. - P. 105449. -  DOI: 10.1016/j.euromechsol.2024.105449 EDN: MOUMRQ
16. Влияние температуры метаматериалов на основе гибкого пластика TPU 95A на сопротивление пробиванию жестким ударником / С. Ю. Иванова [и др.] // Известия РАН. МТТ. - 2025. - № 1. - С. 197-208. - -  DOI: 10.31857/S1026351925010108 EDN: SZUKEG
17. Влияние температуры метаматериалов на основе гибкого пластика TPU 95A на сопротивление пробиванию жестким ударником / С. Ю. Иванова [и др.] // Известия РАН. МТТ. - 2025. - № 3. - С. 289-302. - - AZGETQ.  DOI: 10.31857/S1026351925020156 EDN: BBTLSK
18. Исследование сопротивления пробиванию ударником ауксетических метаматериалов при различных углах поворота их внутренней ячеистой структуры / С. Ю. Иванова [и др.] // Известия РАН. МТТ. - 2025. - № 4. - С. 187-204. - -  DOI: 10.31857/S1026351925040128 EDN: BOIMMJ

1. Ren X. et al. Auxetic Metamaterials and Structures: A Review // Smart Materials and Structures. 2018. Vol. 27, no. 2. Art. 023001. DOI: 10.1088/1361-665X/aaa61c.
2. Zhao X. et al. Dynamic Crushing of Double-Arrowed Auxetic Structure under Impact Loading // Materials and Design. 2018. Vol. 160. Pp. 527–537. DOI: 10.1016/j.matdes.2018.09.041.
3. Naik S. et al. A Review on Various Aspects of Auxetic Materials // AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2105. Art. 020004. DOI: 10.1063/1.5100689.
4. Kadic M. et al. 3D Metamaterials // Nature Reviews Physics. 2019. Vol. 1, no. 3. Pp. 198–210. DOI: 10.1038/S42254-018-0018-Y.
5. Yoo S., Park Q.-H. Metamaterials and Chiral Sensing: A Review of Fundamentals and Applications // Nanophotonics. 2019. Vol. 8, no. 2. Pp. 249–261. DOI: 10.1515/nanoph-2018-0167.
6. Wu W. et al. Mechanical Design and Multifunctional Applications of Chiral Mechanical Metamaterials: A Review // Materials and Design. 2019. Vol. 180. Art. 107950. DOI: 10.1016/j.matdes.2019.107950.
7. Kelkar P. U. et al. Cellular Auxetic Structures for Mechanical Metamaterials: A Review // Sensors. 2020. Vol. 20, no. 11. Art. 3132. DOI: 10.3390/s20113132.
8. Mardling P. et al. The Use of Auxetic Materials in Tissue Engineering // Biomaterials Science. 2020. Vol. 8, no. 8. Pp. 2074–2083. DOI: 10.1039/C9BM01928F.
9. Kim M. K. et al. Design and Manufacturing of Mechanical Metamaterials: A Review // Composites Research. 2021. Vol. 34, no. 4. Pp. 199–211. DOI: 10.7234/composres.2021.34.4.199.
10. Joseph A., Mahesh V., Harursampath D. On the Application of Additive Manufacturing Methods for Auxetic Structures: A Review // Advances in Manufacturing. 2021. Vol. 9, no. 3. Pp. 342–368. DOI: 10.1007/S40436-021-00357-Y.
11. Imbalzano G. et al. Influences of Material and Geometry in the Performance of 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.
12. Usta F., Türkmen H. S., Scarpa F. High-Velocity Impact Resistance of Doubly Curved Sandwich Panels with Re-Entrant Honeycomb and Foam Core // International Journal of Impact Engineering. 2022. Vol. 165. Art. 104230. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2022.104230.
13. Jiang Q. et al. Analysis of the Penetration Ability of Exponential Bullets on TPMS Structures with Variable Density // Mechanics of Solids. 2024. Vol. 59, no. 5. Pp. 3198–3211. DOI: 10.1134/S0025654424605640.
14. Shen Z. Y. et al. Dynamic Response and Energy Absorption Characteristics of Auxetic Concave Honeycomb Pad for Ballistic Helmet under Shock Wave and Bullet Impact // Mechanics of Solids. 2024. Vol. 59, no. 5. Pp. 3050–3067. DOI: 10.1134/S0025654424605159.
15. Yu Y. et al. Dynamic Response of Novel Sandwich Structures with 3D Sinusoid-Parallel-Hybrid Honeycomb Auxetic Cores: The Cores Based on Negative Poisson’s Ratio of Elastic Jump // European Journal of Mechanics A/Solids. 2025. Vol. 109. Art. 105449. DOI: 10.1016/j.euromechsol.2024.105449.
16. Ivanova S. Yu. et al. Effect of Temperature on the Penetration Resistance of TPU 95A Flexible Plastic Metamaterials under Impact of a Rigid Impactor // Mechanics of Solids. 2025. No. 1. Pp. 197–208. DOI: 10.31857/S1026351925010108.
17. Ivanova S. Yu. et al. Effect of Temperature on the Penetration Resistance of TPU 95A Flexible Plastic Metamaterials under Impact of a Rigid Impactor // Mechanics of Solids. 2025. No. 3. Pp. 289–302. DOI: 10.31857/S1026351925020156.
18. Ivanova S. Yu. et al. Investigation of the Penetration Resistance of Auxetic Metamaterials by an Impactor at Various Angles of Rotation of Their Internal Cellular Structure // Mechanics of Solids. 2025. No. 4. Pp. 187–204. DOI: 10.31857/S1026351925040128.

Авторские права и лицензия

© 2025 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.