بررسی هندسه و ظرفیت جذب انرژی در ساختارهای درون سو و ستاره ای

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسندگان
1 فارغ التحصیل دانشکده مهندس رشته مکانیک گرایش طراحی کاربردی دانشگاه بو علی سینا،همدان، تهران
2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران
چکیده
ساختارهای آگزتیک به دلیل ضریب پواسون منفی، ویژگی‌های مکانیکی ممتازی مانند ظرفیت بالای جذب انرژی، توزیع مناسب تنش و مقاومت مطلوب در برابر بارهای دینامیکی از خود نشان می‌دهند. این خصوصیات سبب شده است که این ساختارها به‌عنوان جاذب‌های انرژی پیشرفته در صنایعی مانند هوافضا و خودروسازی مورد توجه قرار گیرند. در این پژوهش، رفتار مکانیکی و شاخص‌های جذب انرژی سه خانواده از ساختارهای آگزتیک شامل پیکربندی‌های درون‌سو، ستاره‌ای و ترکیبی به‌صورت عددی و مقایسه‌ای بررسی شد. ابتدا خواص مکانیکی ماده پایه با انجام آزمون کشش مطابق استاندارد ASTM D638 بر روی نمونه‌های ساخته‌شده با روش FDM و فیلامنت PLA+ تعیین شد. سپس هندسه ساختارها در نرم‌افزار ABAQUS مدل‌سازی و رفتار آن‌ها تحت بارگذاری فشاری شبه‌استاتیک درون‌صفحه‌ای شبیه‌سازی شد. به‌منظور ارزیابی عملکرد، شاخص‌هایی شامل جذب انرژی ویژه (SEA)، نیروی میانگین فروریزش (MCF)، نیروی پیک اولیه (PCF) و بازده نیروی لهیدگی (CEF) استخراج و تحلیل شدند. نتایج نشان داد در خانواده درون‌سو، ساختار درجه ۲ با SEA برابر 4.8 kJ/g عملکرد بهتری نسبت به نمونه پایه داشت. در خانواده ستاره‌ای، مدل درجه ۲ با SEA برابر 6.9 kJ/g بهترین نتیجه را ارائه داد. همچنین، در میان ساختارهای ترکیبی، طرح متمرکز با SEA برابر 12.3 kJ/g بیشترین ظرفیت جذب انرژی را نشان داد، در حالی که طرح گوشه‌ای رفتار ایمن‌تری از نظر نیروی پیک اولیه داشت. این یافته‌ها نقش مؤثر پیچیدگی هندسی در بهبود جذب انرژی و پایداری خردشدگی را تأیید می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of Geometry and Energy Absorption Capacity in Re-entrant and Star-shaped Structures

نویسندگان English

Erfan Taherkhani 1
Hamid Pakbaz 2
1 Graduate of the Faculty of Engineering, Mechanical Engineering (Applied Design), Bu Ali Sina University, Hamadan, Iran.
2 Master’s Student, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering and Technology, Yasuj University, Yasuj, Iran
چکیده English

Auxetic structures, due to their negative Poisson’s ratio, exhibit distinctive mechanical properties such as high energy absorption capacity, favorable stress distribution, and enhanced resistance to dynamic loading. These characteristics have made them attractive as advanced energy absorbers in industries such as aerospace and automotive engineering. In this study, the mechanical behavior and energy absorption performance of three families of auxetic structures, including re-entrant, star-shaped, and hybrid configurations, were numerically and comparatively investigated. First, the mechanical properties of the base material were determined through tensile testing in accordance with ASTM D638 using specimens fabricated by the FDM method with PLA+ filament. Then, the geometries of the structures were modeled in ABAQUS, and their behavior under quasi-static in-plane compressive loading was simulated. To evaluate performance, indices including Specific Energy Absorption (SEA), Mean Crushing Force (MCF), Initial Peak Crushing Force (PCF), and Crushing Efficiency Factor (CEF) were extracted and analyzed.The results showed that in the re-entrant family, the second-order structure, with an SEA of 4.8 kJ/g, performed better than the base specimen. In the star-shaped family, the second-order model achieved the best result, with an SEA of 6.9 kJ/g. Among the hybrid structures, the concentrated design exhibited the highest energy absorption capacity, with an SEA of 12.3 kJ/g, while the corner design showed a safer response in terms of initial peak crushing force. These findings confirm the significant role of geometric complexity in improving energy absorption and crushing stability.

کلیدواژه‌ها English

Auxetic Structure
Energy Absorption
Loop-based Texture
Finite Element Simulation
Geometric Innovation

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 19 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 30 اردیبهشت 1405
  • تاریخ بازنگری 23 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 19 مرداد 1405
  • تاریخ اولین انتشار 19 مرداد 1405
  • تاریخ انتشار 19 مرداد 1405