نقش اصطکاک سطحی در افزایش تنش فشاری موثر ساختارهای آگزتیک کامپوزیتی پر شده با الاستومر

ساختارهای اگزتیک به عنوان دسته ای از فرامواد مکانیکی با ضریب پواسون منفی به دلیل خواص منحصر به فردی نظیر جذب انرژی بالا و مقاومت در برابر ضربه کاربردهای گسترده ای در صنایع پیشرفته دارند. با این حال سفتی و پایداری پایین این ساختارها در حالت توخالی، مانعی برای استفاده از آنها در کاربردهای تحمل بار محسوب می شود. یکی از راهکارهای موثر برای غلبه بر این محدودیت استفاده از کامپوزیت های دو فازی با پر کردن فضای خالی شبکه آگزتیک با یک فاز الاستومری نرم است. در این پژوهش نقش کلیدی اصطکاک سطحی در سطح مشترک بین شبکه آگزتیک درون رو سه بعدی و پرکننده الاستومری نرم بر تنش فشاری موثر این کامپوزیت ها به روش عددی بررسی شد. بدین منظور، یک المان حجمی نماینده از ساختار کامپوزیتی مدل سازی شد و رفتار مادی فازها با استفاده از مدل های هایپرالاستیک تعریف گردید. شبیه سازی های اجزای محدود در محدوده کرنش الاستیک تا ۱۳% و برای پنج ضریب اصطکاک مختلف (۰ تا ۰٫۵) انجام گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که تغییر ضریب اصطکاک تاثیر ناچیزی بر منحنی های تنش-کرنش دارد به گونه ای که اختلاف میان حالت بدون اصطکاک و بیشترین مقدار اصطکاک تنها حدود ۴٫۵ درصد برآورد گردید. این پدیده به مکانیزم قفل شوندگی هندسی در ساختارهای اگزتیک نسبت داده می شود؛ جایی که تحت فشار، دیواره های شبکه به سمت داخل جمع شده و با ایجاد محصور کنندگی مکانیکی لغزش نسبی پرکننده را حتی در غیاب اصطکاک محدود می کنند. این نتایج درک عمیق تری از مکانیزم های تقویت کننده در فرامواد کامپوزیتی ارائه داده و مسیر را برای طراحی بهینه ساختارهای آگزتیک در کاربردهای مهندسی هموار می سازد.

کلیدواژه ها:

ساختارهای آگزتیک ، کامپوزیت های پلیمری ، تنش فشاری موثر ، اصطکاک سطحی ، روش اجزای محدود