Экспериментальный и численный анализ сдвиговых характеристик сотовых заполнителей, полученных аддитивными технологиями

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2021.04.071
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Выпуск Том 24, № 4, 2021 (декабрь)
Страницы 71–76

 

Авторы

И. И. Деревянко, Государственное предприятие «Конструкторское бюро «Южное» им. М. К. Янгеля» (49008, Украина, г. Днепр, ул. Криворожская, 3), Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: dereviankoii2406@gmail.com, ORCID: 0000-0002-1477-3173

Б. В. Успенский, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: Uspensky.kubes@gmail.com, ORCID: 0000-0001-6360-7430

К. В. Аврамов, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), Харьковский национальный университет радиоэлектроники (61166, Украина, г. Харьков, пр. Науки, 14), e-mail: kvavramov@gmail.com, ORCID: 0000-0002-8740-693X

А. Ф. Саленко, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского» (03056, Украина, г. Киев, пр. Победы, 37), ORCID: 0000-0002-5685-6225

И. В. Библик, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: miles@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0002-8650-1134

 

Аннотация

Предложен подход к экспериментально-расчетному исследованию сдвиговых характеристик сотовых заполнителей, изготовленных с помощью моделирования путем послойного наплавления (FDM). В основе экспериментального подхода лежит новый вид образца для испытания сотовых заполнителей на сдвиг. Этот образец содержит два сотовых заполнителя и три стальные пластинки. Испытания на сдвиг проводятся в универсальной разрывной машине TiraTest 2300. Сотовые заполнители изготавливаются из материалов ULTEM 9085 и PLA с помощью технологии FDM, которая реализуется в 3D-системе Fortus 900. В результате испытаний получены сдвиговые характеристики сотовых заполнителей путем осреднения кривых деформирования пяти образцов. Как следует из анализа экспериментальных результатов, наблюдается хрупкое разрушение сотового заполнителя. Перед его разрушением величина деформации сдвига для образцов из PLA составляла 0,0134, а для образцов из ULTEM – 0,0257. Экспериментальный анализ сопровождался численным конечно-элементным моделированием экспериментов на сдвиг с учетом деформации оснастки. При конечно-элементном моделировании экспериментов для описания поведения образцов необходимо учитывать влияние на измерения сдвиговых характеристик оснастки и деформирование каждой ячейки сотовых заполнителей. Учитывалось деформирование трех пластин; упругие свойства клеевого соединения не учитывались. Компьютерная модель деформирования сот с оснасткой была построена в ANSYS Design Modeler. При конечно-элементном моделировании рассматривалось только упругое поведение сотовых заполнителей.

 

Ключевые слова: сотовый заполнитель, аддитивные технологии, сдвиг, кривая усилия–деформации.

 

Полный текст: загрузить PDF

 

Литература

  1. Chen Y., Li T., Jia Z., Scarpa F., Yao C.-W., Wang L. 3D printed hierarchical honeycombs with shape integrity under large compressive deformations. Materials and Design. 2018. Vol. 137. P. 226–234. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.10.028.
  2. Hohe J., Becker W. Effective stress-strain relations for two-dimensional cellular sandwich cores: Homogenization, material models, and properties. Appl. Mech. Rev. 2002. Vol. 55. Iss. 1. P. 61–87. https://doi.org/10.1115/1.1425394.
  3. Vougiouka G., Rodrigues H., Guedes J. M. Prediction of elastic properties of sandwich panels using a homogenization computational model: Vautrin A. (eds.) Mechanics of Sandwich Structures. Springer, Dordrecht, 1998. P. 147–154. https://doi.org/10.1007/978-94-015-9091-4_17.
  4. Gibson L. J., Ashby M. F., Schajer G. S., Robertson C. I. The mechanics of two-dimensional cellular materials. Proc. R. Soc. London. 1982. Vol. 382. P. 25–42. https://doi.org/10.1098/rspa.1982.0087.
  5. Masters I. G., Evans K. E. Models for the elastic deformation of honeycombs. Composite Structures. 1996. Vol. 35. Iss. 4. P. 403–422. https://doi.org/10.1016/S0263-8223(96)00054-2.
  6. Catapano A., Montemurro M. A multi-scale approach for the optimum design of sandwich plates with honeycomb core. Part I: Homogenisation of core properties. Composite Structure. 2014. Vol. 118. P. 664–676. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2014.07.057.
  7. Grediac M. A finite element study of the transverse shear in honeycomb core. Intern. J. Solids and Structures. 1993. Vol. 33. Iss. 13. P. 1777–1788. https://doi.org/10.1016/0020-7683(93)90233-W.
  8. Foo C. C., Chai G. B., Seah L. K. Mechanical properties of Nomex material and Nomex honeycomb structure. Composite Structures. 2007. Vol. 80. Iss. 4. P. 588–594. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2006.07.010.
  9. Balawi S., Abot J. L. The effect of honeycomb relative density on its effective in-plane elastic moduli: An experimental study. Composite Structures. 2008. Vol. 84. Iss. 4. P. 293–299. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2007.08.009.
  10. Bates S. R. G., Farrow I. R., Trask R. S. Compressive behaviour of 3D printed thermoplastic polyurethane honeycombs with graded densities. Materials and Design. 2019. Vol. 162. P. 130–142. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.11.019.
  11. Деревянко І., Аврамов К., Успенський Б., Саленко А. Експериментальний аналіз механічних характеристик деталей ракет-носіїв, виготовлених за допомогою FDM адитивних технологій. Техн. механіка. 2021. Вип. 1. C. 92–100. https://doi.org/10.15407/itm2021.01.092.
  12. Avramov K. V. Nonlinear vibrations characteristics of single-walled carbon nanotubes by nonlocal elastic shell model. Int. J. Non-Lin. Mech. 2018. Vol. 107. P. 149–160. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2018.08.017.
  13. Avramov K. V., Gendelman O. V. Interaction of linear system with snap-through vibrations absorber. Int. J. Nonl. Mech. 2009. Vol. 44. Iss. 1. P. 81–89. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2008.09.004.

 

Поступила в редакцию 22.10.2021