Аналіз вібрації багатошарової пластини із відкритою та закритою комірками
DOI:
https://doi.org/10.15330/pcss.24.2.312-322Ключові слова:
сендвіч-плита, вільні коливання, конструкція комірки, розпірна секція, закриті та відкриті комірки, відносна щільністьАнотація
У роботі здійснено спробу замінити традиційну форму та матеріал серцевини сендвіча стільниковою формою, у якій клітини мають правильні форму, розподіл та розмір. Ідея цієї статті полягає в розробці двох структур, одна із яких з відкритою граткою, а інша із закритою, а також в оцінці ефективності сендвіч-пластини із гратковою коміркою серцевини, що використовується для багатьох промислових застосувань, зокрема в автомобілебудуванні. Нові теоретичні формулювання побудовані для двох структур для знаходження характеристик вільних коливань. Результати такої моделі порівнюються із традиційною формою. Виведені рівняння для прогнозування механічних властивостей на основі відносної густини з вибраними формами, специфічне рівняння вібрації тришарової сендвіч-плити та розв’язано за допомогою таблиць Excel. Багатообіцяючими є і результати, і оцінка ефективності теоретичного аналізу клітинної структури. Обмеження та частота похибок для механічних властивостей випливають з емпіричних рівнянь, і їх співвідношення до значень відносної густини є вищим залежно від поведінки матеріалу серцевини. Висновки вказують, що при відкритих комірках спостерігається зниження модуля пружності на (PLA: -90,4%) і (TPU: -90,4%) та збільшення власної частоти на (PLA: 44,5%) і (TPU: 46,4%), тоді як для закритих комірок модуль пружності зменшується на (PLA: -66,9%) і (TPU: -64,4%), а також збільшується власна частоту на (PLA: 36%) і (TPU: 37,7%). Перетворення твердої речовини або заміна пінопластової форми стільниковою формою є одним із способів покращити продуктивність і заощадити вагу завдяки вибраній стільниковій конфігурації при поглинанні енергії вібраційної хвилі.
Посилання
E.K. Njim, S.H. Bakhy, M. Al-Waily, Analytical and numerical flexural properties of polymeric porous functionally graded (PFGM) sandwich beams, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 110 (1), 5 (2022); https://doi.org/10.5604/01.3001.0015.7026.
E.K. Njim, S.H. Bakhy, M. Al-Waily, Free vibration analysis of imperfect functionally graded sandwich plates: analytical and experimental investigation, Archives of Materials Science and Engineering 111 (2), 49 (2021); https://doi.org/10.5604/01.3001.0015.5805.
ZAA Abud Ali, A.A. Kadhim, R.H. Al-Khayat, M. Al-Waily, Review Influence of Loads upon Delamination Buckling in Composite Structures, Journal of Mechanical Engineering Research and Developments 44 (3), 392 (2021).
A. Öchsner, G.E. Murch, M.J.S. de Lemos, Cellular and Porous Materials: Thermal Properties Simulation and Prediction, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KgaA (2008).
A. Karakoç, Effective stiffness and strength properties of cellular materials in the transverse plane, Aalto University publication series (2013). https://doi.org/10.1002/9783527621408.
L.J. Gibson, M. F. Ashby, Cellular solids: Structure and properties, second edition, Lorna J. Gibson and Michael F. Ashby (1997).
P. Stevenson, Foam Engineering: Fundamentals and Applications, John Wiley & Sons (2012).
V. Shulmeister, Modelling of the Mechanical Properties of Low-Density Foams, Shaker (1997).
H. Altenbach, A. Öchsner, Cellular and Porous Materials in Structures and Proceses, Springer Nature Switzerland AG (2012). https://doi.org/10.1007/978-3-7091-0297-8.
A. Koyama, D. Suetsugu, Y. Fukubayashi, H.. Mitabe, Experimental study on the dynamic properties of rigid polyurethane foam in stress-controlled cyclic uniaxial tests, Construction and Building Materials, 321(2022); https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.126377.
A. Maiti, W. Small, J.P Lewicki, T.H. Weisgraber, E.B. Duoss, S.C. Chinn, 3D printed cellular solid outperforms traditional stochastic foam in long-term mechanical response, Scientific Reports 6 (2016); https://doi.org/ 10.1038/srep24871.
E.K. Njim, S.H. Bakhy, M. Al-Waily, Experimental and numerical flexural analysis of porous functionally graded beams reinforced by (Al/Al2O3) nanoparticles, International Journal of Nanoelectronics and Materials 15 (2), 94 (2022).
A. Fadeel, H. Abdulhadi, G. Newaz, R. Srinivasan, A. Mian, Computational investigation of the post-yielding behavior of 3D-printed polymer lattice structures, In Journal of Computational Design and Engineering, 9 (1), 263 (2022), https://doi.org/10.1093/jcde/qwac001.
J.I. Lipton, H. Lipson, 3D Printing Variable Stiffness Foams Using Viscous Thread Instability, Scientific Reports 6 (2016).
C. Ge, L. Priyadarshini, D. Cormier, L. Pan, J. Tuber, A preliminary study of cushion properties of a 3D printed thermoplastic polyurethane Kelvin foam, Packaging Technology and Science 31(5) (2018); https://doi.org/10.1002/pts.2330.
A. Bagheri, I.B. Corral, M. Ferrer, M.M. Pastor, F. Roure, Determination of the elasticity modulus of 3D printed octet-truss structures for use in porous prosthesis implants, Materials 11(12), (2018) https://doi.org/10.3390/ma11122420.
Z. Guo, C. Liu, F. Li, Vibration analysis of sandwich plates with lattice truss core, Mechanics of Advanced Materials and Structures, 26(5) (2019); https://doi.org/10.1080/15376494.2017.1400616.
C. Tian, X. Li, S. Zhang, G. Guo, S. Ziegler, J.H. Schleifenbaum, Porous structure design and fabrication of metal-bonded diamond grinding wheel based on selective laser melting (SLM), International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 100 (5–8) (2019); https://doi.org/10.1007/s00170-018-2734-y.
H. Lei, C. Li, J. Meng, H. Zhou, Y. Liu, X. Zhang, Evaluation of compressive properties of SLM-fabricated multi-layer lattice structures by experimental test and μ-CT-based finite element analysis, Materials and Design 169 (2019). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.107685.
S. Wang, Y. Xu, W. Zhang, Low-velocity impact response of 3D-printed lattice sandwich panels, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 531 (2019).
MS Azmi, R. Ismail, R. Hasan, A. Putra, M.N. Nurdin, Effect of damage on FDM printed lattice structure material vibration characteristics, Proceedings of Mechanical Engineering Research Day (2019).
G. Qi, Y.L. Chen, P. Richert, L. Ma, K.U. Schröder, A hybrid joining insert for sandwich panels with pyramidal lattice truss cores, Composite Structures 241 (2020); https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.112123.
D. Bonthu, H.S. Bharath, S. Gururaja, P. Prabhakar, M. Doddamani, 3D printing of syntactic foam cored sandwich composite, Composites Part C: Open Access 3 (2020); https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2020.100068.
J.G. Monteiro, M. Sardinha, F. Alves, A.R. Ribeiro, L. Reis, A. M. Deus, Evaluation of the effect of core lattice topology on the properties of sandwich panels produced by additive manufacturing, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications 235 (6) (2021); https://doi.org/10.1177/1464420720958015.
Q. Ma, M.R.M. Rejab, J.P. Siregar, Z. Guan, A review of the recent trends on core structures and impact response of sandwich panels, Journal of Composite Materials 55 (18) (2021); https://doi.org/10.1177/0021998321990734.
N. Wei, H. Ye, X. Zhang, J. Li, B. Yuan, Vibration Characteristics Research of Sandwich Structure with Octet-truss Lattice Core, Journal of Physics: Conference Series 2125 (1) (2021); https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/2125/1/012059.
Z. Guo, G. Hu, J. Jiang, L. Yu, X. Li, J. Liang, Theoretical and Experimental Study of the Vibration Dynamics of a 3D-Printed Sandwich Beam With an Hourglass Lattice Truss Core, Front Mech Eng, 7 (2021); https://doi.org/10.3389/fmech.2021.651998.
E.K. Njim, S.H. Bakhy, M. Al-Waily, Optimisation Design of Functionally Graded Sandwich Plate with Porous Metal Core for Buckling Characterisations, Pertanika Journal of Science & Technology, 29(4), 3113 (2021; https://doi.org/10.47836/pjst.29.4.47.
E.K. Njim, S.H. Bakhy, M. Al-Waily, Optimization design of vibration characterizations for functionally graded porous metal sandwich plate structure, Materials Today: Proceedings (2021); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.03.235.
J.S. Chiad, M. Al-Waily, M.A. Al-Shammari, Buckling Investigation of Isotropic Composite Plate Reinforced by Different Types of Powders, International Journal of Mechanical Engineering and Technology 9 (9), 305 (2018).
H. Liu, J. Liu, Ci. Kaboglu, J. Zhou, Xi.o Kong, Sh. Li, B. R.K. Blackman, A. J. Kinloch, J. P. Dear, Modelling the quasi-static flexural behaviour of composite sandwich structures with uniform- and graded-density foam cores, Engineering Fracture Mechanics, 259 (2022); https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2021.108121.
M. Al-Waily, A.M. Jaafar, Energy balance modelling of high velocity impact effect on composite plate structures, Archives of Materials Science and Engineering, 111(1), 14 (2021).
E.N. Abbas, M.J. Jweeg, M. Al-Waily, Analytical and Numerical Investigations for Dynamic Response of Composite Plates Under Various Dynamic Loading with the Influence of Carbon Multi-Wall Tube Nano Materials, International Journal of Mechanical & Mechatronics Engineering, 18(6), 1 (2018).
M. Al-Waily, M.A. Al-Shammari, M.J. Jweeg, An Analytical Investigation of Thermal Buckling Behavior of Composite Plates Reinforced by Carbon Nano Particles, Engineering Journal 24(3) (2020); https://doi.org/10.4186/ej.2020.24.3.11.
A. Kalsoom, A. N. Shankar, I. Kakaravada, P. Jindal, V. V. K. Lakshmi, and S. Rajeshkumar, Investigation of dynamic properties of a three-dimensional printed thermoplastic composite beam containing controllable core under non-uniform magnetic fields, Journal of Materials: Design and Applications.; 236 (2), 404 (2021) https://doi.org/10.1177/14644207211045943.
R. Lewandowski, P. Litewka, P. Wielentejczyk, Free vibrations of laminate plates with viscoelastic layers using the refined zig-zag theory – Part 1. Theoretical background, Composite Structures, 278, (2021); https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.114547.
M. Al-Waily, M.J. Jweeg, M.A. Al-Shammari, K.K. Resan, A.M. Takhakh, Improvement of Buckling Behavior of Composite Plates Reinforced with Hybrids Nanomaterials Additives, Materials Science Forum 1039 23 (2021);
E.K. Njim, M. Al-Waily, S.H. Bakhy, A Review of the Recent Research on the Experimental Tests of Functionally Graded Sandwich Panels, Journal of Mechanical Engineering Research and Developments 44(3), 420 (2021).
E.K. Njim, S.H. Bakhy, M. Al-Waily, Analytical and Numerical Investigation of Free Vibration Behavior for Sandwich Plate with Functionally Graded Porous Metal Core, Pertanika Journal of Science & Technology 29(3), 1655 (2021); https://doi.org/10.47836/pjst.29.3.39.
E. K. Njim, S. H. Bakhy, M. Al-Waily, Analytical and numerical free vibration analysis of porous functionally graded materials (FGPMs) sandwich plate using Rayleigh-Ritz method, Archives of Materials Science and Engineering 110 (1), 27 (2021); https://doi.org/10.5604/01.3001.0015.3593.
D. Lukkassen A. Meidell, Advanced materials and structures and their fabrication processes, Book manuscript, Narvik University College, HiN 2 (2007).
S.S. Rao, Vibration of continuous systems, John Wiley & Sons, Inc. (2019).
A.W. Leissa, Vibration of Plates, NASA, Washington, DC (1984).
E. K. Njim, S. H. Bakhy, M. Al-Waily, Analytical and numerical investigation of buckling load of functionally graded materials with porous metal of sandwich plate, Materials Today: Proceedings (2021); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.03.557.
E.K. Njim, S.H. Bakhy, M. Al-Waily, Analytical and Numerical Investigation of Buckling Behavior of Functionally Graded Sandwich Plate with Porous Core, Journal of Applied Science and Engineering. 25(2), 339 (2022); http://dx.doi.org/10.6180/jase.202204_25(2).0010.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
