Экспериментальное изучение ауксетического поведения вогнутой ячеистой решетки с криволинейными элементами

Р.В. Гольдштейн1, Д.С. Лисовенко1, А.В. Ченцов1, С.Ю. Лаврентьев1
1Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН. 119526, Москва, просп. Вернадского, д.101, корп.1
Аннотация
Экспериментально исследовано механическое поведение двумерной конструкции с отрицательным коэффициентом Пуассона ( ауксетической конструкции ) . В ауксетических конструкциях часто элементом является вогнутый шестиугольник с прямыми сторонами . В данной работе предложен новый дизайн вогнутого шестиугольника , в котором часть прямых элементов заменена на «синусоидальные» элементы . Образец был изготовлен из неауксетического полиэтилентерефталата ( ПЭТ-а аморфный ) , методом лазерной резки . Поперечный размер элементов шестиугольников равен толщине образца . Образец , размерами 110 × 20 × 0.7 мм с центральной зоной 26.2 × 20 × 0.7 мм , был подвергнут монотонному одноосному растяжению до момента , когда он еще оставался плоским . В результате обработки экспериментальных данных построена диаграмма растягивающая сила – перемещение , а также исследована изменчивость коэффициента Пуассона в зависимости от инженерных деформаций . Анализ показал , что в результате растяжения ауксетической конструкции максимальная продольная деформация составила ( до потери устойчивости ) 99 % , а максимальные поперечные деформации – 59 % . Упругие деформации достигают 2 % . В ходе эксперимента у образца максимальное продольное перемещение составило 25.9 мм, а максимальное поперечное перемещение равно 11.9 мм. Коэффициент Пуассона , определенный по аналогии с упругими малыми деформации , меняется в интервале от - 0.19 до - 0.60 при увеличении продольных и поперечных деформаций .
Получена: 07 марта 2017   Исправлена: 27 марта 2017   Принята: 29 марта 2017
Просмотры: 68   Загрузки: 27
Ссылки
1.
R. Lakes. Science 235 (4792), 1038 (1987). DOI: 10.1126 / science.235.4792.1038
2.
R. F. Almgren. J. Elasticity 15 (4), 427 (1985). DOI: 10.1007 / BF00042531
3.
A. G. Kolpakov, Prikl. Mat. Mekh. 59, 969 (1985).
4.
D. Y. Fozdar, P. Soman, J. W. Lee, L.‑H. Han, S. Chen, Adv. Func. Mater. 21 (14), 2712 (2011). DOI: 10.1002 / adfm.201002022
5.
L. J. Gibson, M. F. Ashby, G. S. Schajer, C. I. Robertson. Proc. Royal Soc. London A 382, 25 (1982). DOI: 10.1098 / rspa.1982.0087
6.
T.‑C. Lim, Auxetic Materials and Structures. Springer Singapore. (2015) 588 p. DOI: 10.1007 / 978‑981‑287‑275‑3
7.
H. M. A. Kolken, A. A. Zadpoor, RSC Adv. 7 (9), 5111 (2017). DOI: 10.1039 / C6RA27333E
8.
M. Bilski, K. W. Wojciechowski. Phys. Status Solidi B 253 (7), 1318 (2016). DOI: 10.1002 / pssb.201600140
9.
L. Zhou, L. Jiang, H. Phys. Status Solidi B 253 (7), 1331 (2016). DOI: 10.1002 / pssb.201552768
10.
H. Jopek. Phys. Status Solidi B 253 (7), 1369 (2016) DOI: 10.1002 / pssb.201600117
11.
R. V. Goldstein, V. A. Gorodtsov, D. S. Lisovenko. Eur. J. Mech. A Solids 63, 122 (2017). DOI: 10.1016 / j.euromechsol.2017.01.001
12.
A. Alderson, Chem. Ind. 17, 384 (1999).
13.
K. E. Evans, A. Alderson, Adv. Mater. 12 (9), 617 (2000). DOI: 10.1002 / (SICI) 1521 – 4095 (200005) 12:9<617::AID-ADMA617>3.0. CO;2 – 3
14.
K. L. Alderson, V. R. Simkins, V. L. Coenen, P. J. Davies, A. Alderson, K. E. Evans, Phys. Status Solidi B, 242 (3), 509 (2005). DOI: 10.1002 / pssb.200460371
15.
A. C. Branka, D. M. Heyes, Sz.Mackowiak, S. Pieprzyk, K. W. Wojciechowski, Phys. Status Solidi B 249 (7), 1373 (2012). DOI: 10.1002 / pssb.201084222
16.
R. V. Goldstein, V. A. Gorodtsov, D. S. Lisovenko. Mech. Solids, 45 (4), 529 (2010). DOI: 10.3103 / S0025654410040047
17.
R. V. Goldstein, V. A. Gorodtsov, D. S. Lisovenko. Phys. Status Solidi B, 250 (10), 2038 (2013). DOI: 10.1002 / pssb.201384233
18.
R. V. Goldstein, V. A. Gorodtsov, D. S. Lisovenko. Letters on Materials, 3 (1), 7 (2013). DOI: 10.22226 / 2410‑3535‑2013‑1‑7‑11
19.
R. H. Baughman, J. M. Shacklette, A. A. Zakhidov, S. Stafström, Nature 392 (6674), 362 (1998). DOI: 10.1038 / 32842
20.
V. V. Krasavin, A. V. Krasavin, Phys. Status Solidi B 251 (11), 2314 (2014). DOI: 10.1002 / pssb.201451129
21.
R. V. Goldstein, V. A. Gorodtsov, D. S. Lisovenko. Dokl. Phys., 58 (9), 400 (2013). DOI: 10.1134 / S1028335813090097
22.
R. V. Goldstein, V. A. Gorodtsov, D. S. Lisovenko, M. A. Volkov. Dokl. Phys. 61 (12), 604 (2016). DOI: 10.1134 / S1028335816120016
23.
D. Attard, J. N. Grima. Phys. Status Solidi B 245 (11), 2395 (2008). DOI: 10.1002 / pssb.200880269
24.
J. N. Grima, P.‑S. Farrugia, R. Gatt, D. Attard. Phys. Status Solidi B, 245 (3), 521 (2008). DOI: 10.1002 / pssb.200777705
25.
J. W. Narojczyk, K. W. Wojciechowski. J. Non-Cryst. Solids 356 (37-40), 2026 (2010). DOI: 10.1016 / j.jnoncrysol.2010.05.080
26.
V. V. Novikov, K. W. Wojciechowski. Phys. Solid State 41 (12), 1970 (1999). DOI: 10.1134 / 1.1131137
27.
K. W. Wojciechowski, Mol. Phys. Rep. 10, 129 (1995).
28.
R. V. Goldstein, V. A. Gorodtsov, D. S. Lisovenko. Phys. Status Solidi B 253 (7), 1261 (2016). DOI: 10.1002 / pssb.201600054
29.
S. V. Dmitriev, E. A. Korznikova, D. I. Bokij, K. Zhou. Phys. Status Solidi B 253 (7), 1310 (2016). DOI: 10.1002 / pssb.201600086