1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика твердого тела
  4. № 5, 2023

Известия РАН. Механика твердого тела, 2023, № 5, стр. 120-130

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ МЕТАМАТЕРИАЛОВ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ПУАССОНА ПРИ ПРОБИВАНИИ ЖЕСТКИМ УДАРНИКОМ

С. Ю. Иванова a, К. Ю. Осипенко a, А. И. Демин a, Н. В. Баничук a, Д. С. Лисовенко a, *

a Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
Москва, Россия

* E-mail: lisovenk@ipmnet.ru

Поступила в редакцию 23.04.2023
После доработки 10.05.2023
Принята к публикации 18.05.2023

Аннотация

Экспериментально исследовались некоторые свойства метаматериалов с отрицательным коэффициентом Пуассона (ауксетиков) при пробивании по нормали жестким сферическим ударником. Образцы метаматериала, обладающего хиральной структурой (hexachirals honeycomb), были изготовлены из PLA пластика с помощью 3D-принтера. В экспериментах наблюдалось отклонение направления движения ударника после вылета из пробиваемого образца от подлетного направления (нормального к боковой поверхности). Установлена зависимость направления вылета ударника от ориентации элементов хиральной симметрии образцов. Разработана КЭ-модель расчета пробивания хиральной структуры. Приведены численные результаты, отмечено их соответствие экспериментальным данным.

Ключевые слова: метаматериалы, ауксетики, экспериментальные исследования, пробивание, жесткие ударники, конечно-элементный расчет

Список литературы

  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

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Механика твердого тела

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал