Влияние температуры метаматериалов на основе гибкого пластика TPU 95A на сопротивление пробиванию жестким ударником

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Экспериментально изучались механические свойства метаматериалов, имеющих ячеистую хиральную внутреннюю структуру, при пробивании по нормали жестким сферическим ударником. Образцы метаматериалов были напечатаны на 3D-принтере из TPU 95A пластика (термопластичного полиуретана). Они имели ауксетическую и неауксетическую хиральную структуру из ячеек, соответственно, в форме вогнутых или выпуклых шестиугольников. Приводятся результаты экспериментов по пробиванию образцов, проведенных для двух температурных и двух скоростных режимов. Относительная потеря кинетической энергии ударника при пробивании ауксетических образцов была существенно выше, чем неауксетических. Установлено, что для исследованных видов гибких метаматериалов сопротивляемость пробиванию ударником растет с возрастанием температуры в рассмотренном температурном диапазоне. Установлена зависимость отклонения ударника на вылете из гибкого образца от вида хиральности пробиваемой структуры.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Ю. Иванова

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

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

К. Ю. Осипенко

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Email: lisovenk@ipmnet.ru
Россия, Москва

Н. В. Баничук

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Email: lisovenk@ipmnet.ru
Россия, Москва

Д. С. Лисовенко

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Email: lisovenk@ipmnet.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Lim T.-C. Auxetic Materials and Structures. Singapore: Springer, 2015. http://dx.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. http://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. http://dx.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.
  13. Ivanova S.Yu., Osipenko K.Yu., Banichuk N.V., Lisovenko D.S. // Mech. Solids. 2024. V. 59. № 7. https://doi.org/10.1134/S0025654424606633
  14. 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. http://doi.org/10.3103/S0025654422050053
  15. 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
  16. 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. http://doi.org/10.15593/perm.mech/2021.2.13
  17. 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. http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.846.476
  18. 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. http://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.09.041
  19. 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. http://doi.org/10.1007/s11071-020-05686-4
  20. 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. http://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2015.04.005
  21. 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
  22. 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
  23. 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
  24. 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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость относительной потери кинетической энергии ударника d (%) от массы m [г] пробиваемых хиральных ауксетических (а) и неауксетических (б) образцов: при подлетных скоростях ∼150 и ∼190 м/с.

Скачать (132KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость относительной потери кинетической энергии ударника d (%) от массы m [г] пробиваемых хиральных ауксетических и неауксетических образцов: при подлетных скоростях ∼150 м/с (а) и ∼190 м/с (б).

Скачать (112KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость относительной потери кинетической энергии ударника d (%) от массы m [г] пробиваемых хиральных ауксетических и неауксетических образцов из TPU 95A и PLA пластиков при подлетных скоростях ∼150 м/с и температуре 16 °С.

Скачать (66KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Отклонение направления движения ударника на выходе из образцов от подлетного: хиральный (“/”) ауксетический образец (94/90, табл. 2), отклонение вниз ∼3° (а); хиральный (“\”) неауксетический образец (125/111, табл. 3), отклонение вверх ∼3° (б).

Скачать (187KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025