تأثیر مواد هسته‌ای شکل‌های مختلف توسط FDM

در سال‌های اخیر سازه‌های ساندویچی مرکب به دلیل وزن سبک، استحکام بالا و قابلیت جذب انرژی بالا، به طور گسترده در صنعت توربین‌های بادی، هوافضا، دریایی، خودروسازی و ساختمان‌سازی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. این صفحات از یک لایه میانی سبک به عنوان هسته تشکیل شده اند که ضخیم تر از صفحات و وزن کمتر است. همچنین دو یا چند لایه در کناره های هسته به عنوان لایه های فیس شیت در نظر گرفته می شود که استحکام بیشتری دارند. ونتائو و همکاران [1] پاسخ ضربه ای با سرعت کم را برای سازه های ساندویچی مرکب با هسته های راه راه بررسی کرد. نتایج آنها نشان داد که منحنی پاسخ خمشی برای همه موارد را می توان به سه مرحله مجزا تقسیم کرد: انحراف الاستیک کل ساختار ساندویچی، شکست فشاری صفحه و تغییر شکل پلاستیکی هسته. شکستگی صفحه بالایی نقش مهمی در تعیین حداکثر عملکرد ساختار ساندویچی دارد. Feng و Aymerich [2] اثرات چگالی فوم بر تاثیر سرعت کم ساختار ساندویچی کامپوزیت را بررسی کردند. نتایج آنها نشان داد که چگالی فوم تأثیر قابل توجهی بر پاسخ ضربه دارد. همچنین انتشار آسیب تحت تأثیر چگالی هسته در حالت چیدمان [0/903/0] قرار نمی گیرد، اما با افزایش چگالی انرژی ضربه در حالت آرایش [03/ ± 45] کاهش می یابد. ]S. فنگ و همکاران [3] به بررسی عددی و تجربی کامپوزیت های تحت تاثیر با یک مدل سازی مجازی (ENV) پرداخت. آنها یک سیستم مبتنی بر مشاهدات تجربی، مدل سیستم عددی اجزای محدود و الگوریتم پیش‌بینی آسیب را با استفاده از تکنیک یادگیری ماشین توسعه دادند. Cetin [4] اثر چسب پلی اورتان تقویت شده با نانولوله کربنی را در ساختار ساندویچی مورد مطالعه قرار داد. نتایج نشان داد که با افزودن تقویت‌کننده نانولوله کربنی به چسب، شکستگی هسته کمتر می‌شود. جونجی و همکاران [5] رفتار ورقه های کامپوزیتی را تحت تاثیر سرعت کم به صورت عددی تجزیه و تحلیل کرد. آنها نشان دادند که ضربه دوم نیروی ضربه را برای هر سه حالت ضربه افزایش می دهد. افزایش تعداد ضربه ها باعث افزایش حداکثر جابجایی و زمان ضربه می شود و همچنین لایه لایه شدن در نزدیکی مرکز هر سطح مشترک رخ می دهد و با هر ضربه از پایین به بالا منتشر می شود. دمیرچی اوغلو و همکاران [6] ساختارهای ساندویچی پوست های چوبی با اشکال هندسی مختلف هسته را به طور تجربی بررسی کرد. آنها دریافتند که هسته لایه میانی چوب پنبه لاستیکی باعث کاهش نفوذ و افزایش جذب انرژی شده و از آسیب به لایه زیرین جلوگیری می کند. زنگانا و همکاران [7] یک هسته ساندویچی ترکیبی هیبریدی جدید با الیاف شیشه، کولار و زایلون – تحت تأثیر ضربه با سرعت کم مورد مطالعه قرار داد. نتایج آنها نشان داد که جایگزینی یک لایه الیاف شیشه با الیاف کلوار یا زیلون شکست شدید هسته را از بین می برد. هیبریداسیون زیلون شیشه، نیروی ضربه را در سطح وسیع تری توزیع می کند و توزیع غلظت تنش را به حداقل می رساند. ترنر و همکاران [8] اثر ضربه با سرعت کم را در یک ساختار ساندویچی چاپی با هسته های شبکه بررسی کرد. آنها دریافتند که ساختار هسته BCCAV در مقایسه با ساختار هسته BCC در ضربه با بار انرژی یکسان، انرژی بیشتری جذب می کند و بار شکستگی بیشتری را تحمل می کند. همچنین عمق نفوذ BCCAV به دلیل وجود پایه های عمودی متناوب از BCC کمتر است. آئودیبرت و همکاران [9] ساختارهای ساندویچی لانه زنبوری nomex پوسته‌های CFRP را با مدل‌سازی گسسته تحت تاثیر سرعت کم مورد مطالعه قرار دادند. آنها نشان دادند که با استفاده از مدلسازی گسسته، رفتار فشاری و برشی هسته تحت ضربه مطابقت خوبی با نتایج تجربی دارد، اما آسیب و لایه لایه شدن پوسته ها به درستی نشان داده نمی شود. آمیت و آجیت کومار [10] ساختارهای ساندویچی مرکب را با هسته فوم سفت شده تحت تاثیر سرعت کم در نظر گرفتند. آنها نشان دادند که توانایی جذب انرژی هسته تقویت شده با فوم به طور قابل توجهی با ترکیب ساختار RIPH بهبود می یابد. همچنین ساختار لانه زنبوری کاغذی آغشته به رزین (RIPH) با هسته فوم نحوی (هسته فوم نحوی سفت شده) ساندویچ پانل ها بالاترین سفتی را نشان می دهد که به نوبه خود توانایی آنها را برای مقاومت در برابر شروع آسیب به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. سلیم و لیو [11] ساختارهای ساندویچی مرکب را با نانوکام گرافن تقویت شده در نظر گرفتند. نتایج آنها نشان داد که برای کسر حجمی و الگوی توزیع کلی GPL، تأثیر قابل توجهی بر تاریخچه زمانی تماس ضربه‌گیر و انحراف مرکز صفحه دارد. ژانگ و همکاران [12] رفتار آسیب پانل ساندویچ با هسته لانه زنبوری را به صورت عددی و تجربی بررسی کرد. نتایج آنها نشان داد که در نمونه‌های سازه‌های ساندویچی که در معرض ضربه با سرعت کم قرار گرفته‌اند، آسیب‌های ترک خوردگی فیبر و ماتریس در صفحات کامپوزیت رخ می‌دهد. و همچنین خرد شدن و ترک خوردن سلول های لانه زنبوری در هسته، اما ضربه با انرژی کمتر آسیب قابل مشاهده ای را روی صفحه نمایش نمی دهد و تاریخچه نیروی تماس یک تابع سینوسی است. منگ و همکاران [13] پلی یورتان فوم فولادی و صفحات فولادی بتن تحت ضربه را با ضربه گیر نیمکره ای مورد مطالعه قرار داد. آنها آزمایش ضربه را توسط سیستم چکش دراپ انجام دادند. آنها همچنین نشان دادند که حالت های شکست صفحات شامل فرورفتگی موضعی و تغییر شکل کلی است. یزدانی سروستانی و همکاران. [14] جذب انرژی و عملکرد ساختاری پانل های ساندویچ پلیمری ساخته شده با چاپگر سه بعدی را تجزیه و تحلیل کرد. آنها دریافتند که هسته‌های سلول صوتی ظرفیت جذب انرژی بالاتری نسبت به هسته‌های مستطیلی و شش ضلعی دارند و برای مقابله با انرژی ذخیره‌شده بالا، هسته‌های صوتی با چگالی بالا توصیه می‌شوند. اسکازوسی و همکاران [15] سپرهای فلزی دو لایه را به صورت عددی و تجربی مورد بررسی قرار دادند که در معرض ضربه با سرعت بالا قرار گرفتند. نتایج آنها نشان داد که پیکربندی چند لایه این سازه ها که از دو لایه فلزی تشکیل شده است، نسبت به سازه های یکپارچه کارایی کمتری در برابر ضربه نشان می دهد. خسروانی و همکاران [16] عملکرد سازه های کامپوزیتی پرینت سه بعدی را تحت بارها و شرایط مختلف به تصویر کشیدند. آنها نشان دادند که هسته های با شبکه شش ضلعی ظرفیت حمل بار بیشتری نسبت به شبکه های مثلثی در مواد ABS و ASA دارند. همچنین هسته لانه زنبوری ASA با سن حرارتی بالاترین مدول خمشی و استحکام را در مقایسه با سایر نمونه ها دارد. حسینی و همکاران [17] ساندویچ کامپوزیت با هسته توخالی که تحت آزمایش ضربه با سرعت کم بافته شده بود را به صورت عددی و تجربی بررسی کرد. نتایج آنها در نظر گرفت که ساندویچ پانل با ضخامت بیشتر ظرفیت جذب انرژی بیشتری را نشان می دهد و با افزایش انرژی ضربه، ناحیه آسیب دیده بیشتر نمایان می شود و سوراخ ایجاد شده بزرگتر می شود. لی و همکاران [18] به صورت عددی تیرهای ساندویچی را با هسته‌های شبکه سه‌بعدی auxetic و ورق‌های صورت GRC تحت ضربه با کاهش وزن ارائه کردند. آنها بیان کردند که این هسته ها در تراکم نسبی، در مقایسه با هسته های لانه زنبوری، در محل برخورد در شرایط یکسان، مقاومت بیشتر و ضخامت کمتری از خود نشان می دهند. آزادیان و همکاران [19] رفتار ضربه‌ای با سرعت کم را بر روی کامپوزیت‌های ساندویچی با هسته توخالی سه‌بعدی تولید شده با پارچه‌های فاصله‌گر بافتنی مسطح مطالعه کرد. نتایج آنها نشان داد که با افزایش ضخامت کامپوزیت های U شکل تک طبقه،

این سازه های ساندویچی به دلیل وزن سبک و استحکام بالا بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله، تأثیر شکل هندسی هسته و ضخامت صفحات روی رفتار صفحات ساندویچی مرکب تحت ضربه سرعت کم توسط تجربی و FEM بررسی شده است. از جمله نوآوری های این تحقیق می توان به هسته پرینت سه بعدی با اشکال هندسی متنوع اشاره کرد که هیچ محدودیت هندسی برای هسته ها نداشت و با استفاده از زیربرنامه VUMAT به مقایسه نتایج عملی و FEM پرداخت. همچنین تمامی تحقیقات گذشته یک نوع هسته را بررسی کرده اند و مقایسه دقیقی بین چندین هسته مختلف وجود ندارد. در این تحقیق، نویسندگان چهار نوع هسته را با یکدیگر شبیه سازی و مقایسه کردند تا بهترین هسته در برابر ضربه را به دست آورند.