Експериментальний та чисельний аналіз зсувних характеристик стільникових заповнювачів, отриманих адитивними технологіями

Автори

І. І. Деревянко, Державне підприємство «Конструкторське бюро «Південне» ім. М. К. Янгеля» (49008, Україна, м. Дніпро, вул. Криворізька, 3), Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: dereviankoii2406@gmail.com, ORCID: 0000-0002-1477-3173

Б. В. Успенський, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: Uspensky.kubes@gmail.com, ORCID: 0000-0001-6360-7430

К. В. Аврамов, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), Харківський національний університет радіоелектроніки (61166, Україна, м. Харків, пр. Науки, 14), e-mail: kvavramov@gmail.com, ORCID: 0000-0002-8740-693X

О. Ф. Саленко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (03056, Україна, м. Київ, пр. Перемоги, 37), ORCID: 0000-0002-5685-6225

І. В. Біблік, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: miles@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0002-8650-1134

Анотація

Запропоновано підхід до експериментально-розрахункового дослідження зсувних характеристик стільникових заповнювачів, виготовлених за допомогою моделювання шляхом пошарового наплавлення (FDM). адитивною технологією FDM. В основі експериментального підходу лежить новий вид зразка для випробування стільникових заповнювачів на зсув. Цей зразок містить два стільникових заповнювача і три сталеві пластинки. Випробування на зсув проводяться в універсальній розривній машині TiraTest 2300. Стільникові заповнювачі виготовляються з матеріалів ULTEM 9085 і PLA за допомогою технології FDM, яка реалізується в 3D-системі Fortus 900. В результаті випробувань отримані характеристики зсуву стільникових заповнювачів через усереднення кривих деформування п’яти зразків. Як випливає з аналізу експериментальних результатів, спостерігається крихке руйнування стільникового заповнювача. Перед його руйнуванням величина деформації зсуву для зразків з матеріалу PLA становила 0,0134, а для зразків з матеріалу ULTEM – 0,0257. Експериментальний аналіз супроводжувався чисельним скінченно-елементним моделюванням експериментів на зсув з урахуванням деформації оснащення. При скінченно-елементному моделюванні експериментів для опису поведінки зразків необхідно враховувати вплив на вимірювання зсувних характеристик оснащення і деформування кожної комірки стільникових заповнювачів. Враховувалося деформування трьох пластин; пружні властивості клейового з’єднання не враховувалися. Комп’ютерна модель деформування стільників з оснащенням була побудована в ANSYS Design Modeler. При скінченно-елементному моделюванні розглядалася тільки пружна поведінка стільникових заповнювачів.

Ключові слова: стільниковий заповнювач, адитивні технології, зсув, крива зусилля–деформації.

Література

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.

Надійшла до редакції 22.10.2021