Исследование сопротивления пробиванию ударником ауксетических метаматериалов при различных углах поворота их внутренней ячеистой структуры

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Экспериментально исследовалось сопротивление ауксетических метаматериалов на основе ячейки в виде вогнутого шестиугольника (метаматериалов с отрицательным коэффициентом Пуассона) пробиванию по нормали жестким сферическим ударником. Образцы метаматериалов с хиральной и нехиральной внутренней структурой были изготовлены на 3D-принтере из гибкого термопластичного полиуретана (TPU 95A-пластика) и жесткого e-PLA-пластика. Для всех четырех типов метаматериалов были подготовлены образцы, внутренняя структура которых отличались углом поворота (0, 30, 60 или 90°) относительно вертикальной оси. Образцы сравнивались по способности снижать кинетическую энергию ударников на скорости около 190 м/c при температуре 16 °С. Было установлено, что наиболее эффективными по сопротивлению пробиванию ударником являются ауксетики из термопластичного полиуретана, с развернутой на 90° нехиральной структурой. Была выявлена зависимость отклонения ударника на вылете из образцов (вверх или вниз) от направления поворота внутренней структуры образца на угол от 0 до 90° по часовой стрелке или против нее, соответственно.

Об авторах

С. Ю. Иванова

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Email: lisovenk@ipmnet.ru
Москва, Россия

К. Ю. Осипенко

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Email: lisovenk@ipmnet.ru
Москва, Россия

Н. В. Баничук

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Email: lisovenk@ipmnet.ru
Москва, Россия

Д. С. Лисовенко

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: lisovenk@ipmnet.ru
Москва, Россия

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. Novak N., Vesenjak M., Ren Z. Auxetic cellular materials-a review // Strojniški vestnik - Journal of Mechanical Engineering. 2016. V. 62. № 9. P. 485–493. https://doi.org/10.5545/sv-jme.2016.3656
  8. Kelkar P.U., Kim H.S., Cho K.-H. et. al. Cellular auxetic structures for mechanical metamaterials: A review // Sensors. 2020. V. 20. № 11. P. 3132. https://doi.org/10.3390/s20113132
  9. Joseph A., Manesh V., Harursampath D. On the application of additive manufacturing methods for auxetic structures: A review // Adv. Manuf. 2021. V. 9. № 3. P. 342–368. https://doi.org/10.1007/s40436-021-00357-y
  10. 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
  11. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Демин А.И., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С. Изучение свойств метаматериалов с отрицательным коэффициентом Пуассона при пробивании жестким ударником // Изв. РАН. МТТ. 2023. № 5. С. 120–130. https://doi.org/10.31857/S0572329923600366
  12. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С. Экспериментальное исследование свойств метаматериалов на основе PLA пластика при пробивании жестким ударником // Изв. РАН. МТТ. 2024. № 4. С. 207–215. https://doi.org/10.31857/S1026351924040146
  13. Ivanova S.Yu., Osipenko K.Yu., Banichuk N.V., Lisovenko D.S. Investigation of the effect of a viscous filler on the punching process of auxetic and non-auxetic metamaterials // Mech. Solids. 2024. V. 59. №. 7. P. 3727–3734. https://doi.org/10.1134/S0025654424606633
  14. 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. Т. 4. № 62. С. 62–75. https://doi.org/10.37972/chgpu.2024.62.4.005
  15. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С. Влияние температуры метаматериалов на основе гибкого пластика TPU 95A на сопротивление пробиванию жестким ударником // Изв. РАН. МТТ. 2025. № 1. С. 197–208. https://doi.org/10.31857/S1026351925010108
  16. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С. О влиянии вязкого заполнителя на сопротивление пробиванию ударником гибких метаматериалов с ауксетическими свойствами // Изв. РАН. МТТ. 2025. № 2. С. 267–278. https://doi.org/10.31857/S1026351925020068
  17. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С. О влиянии хиральности структуры ауксетических метаматериалов на сопротивление пробиванию ударником // Изв. РАН. МТТ. 2025. № 3. С. 38–58. http://dx.doi.org/10.31857/S1026351925030032
  18. 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
  19. Хing 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. V. 59. № 1. P. 445–458. https://doi.org/10.1134/S0025654423602550
  20. Скрипняк В.В., Чирков М.О., Скрипняк В.А. Моделирование механической реакции ауксетических метаматериалов на динамические воздействия // Вестник ПНИПУ. Механика. 2021. № 2. C. 144–152. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2021.2.13
  21. 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
  22. 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
  23. 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
  24. 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
  25. 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
  26. Yu Y., Fu T., Wang S., Yang C. 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 // Eur. J. Mech. - A/Solids. 2025. V. 109. P. 105449. https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2024.105449
  27. Shen Z.Y., Wen Y.K., Shen L.Y. et. al. Dynamic response and energy absorption characteristics of auxetic concave honeycomb pad for ballistic helmet under shock wave and bullet impact // Mech. Solids. 2024. V. 59. № 5. P. 3050–3067. https://doi.org/10.1134/S0025654424605159
  28. Jiang Q., Hao B., Chen G. et. al. Analysis of the penetration ability of exponential bullets on TPMS structures with variable density // Mech. Solids. 2024. V. 59. № 5. P. 3198–3211. https://doi.org/10.1134/S0025654424605640
  29. Usta F., Türkmen H.S., Scarpa F. High-velocity impact resistance of doubly curved sandwich panels with re-entrant honeycomb and foam core // Int. J. Impact Eng. 2022. V. 165. P. 104230. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2022.104230

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025