مطالعه‌ای بر مقاومت انفجاری ساندویچ پنل با هسته‌ی جدید پاپیونی پواسون منفی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه حکیم سبزروای، سبزروار، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

3 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

چکیده .

انتخاب مصالح، هندسه و ساختارهای مقاوم در برابر بارگذاری انفجاری، نقش مهمی در پایداری سازه و به حداقل رسیدن تلفات جانی و مالی در شرایط بحرانی مانند جنگ ایفا می‌کند. از این‌رو در این پژوهش به‌منظور بررسی میزان تاثیر و مقاومت ساندویچ پنل‌ با هسته پاپیونی پواسون منفی سنتی در برابر بارگذاری انفجار و با هدف کاهش خسارات، اقدام به مدل‌سازی ساندویچ پنل‌های قدیمی در نرم افزار المان محدود آباکوس شده است. و در ادامه با الهام از ساختار پاپیونی سنتی اقدام به طراحی و مدل‌سازی ساختار مشبک و متقارن جدیدی با نسبت پواسون منفی و استفاده به‌عنوان هسته یک ساندویچ پنل در میان دو رویه فلزی شده است. دو معیار اصلی زاویه داخلی و ضخامت ورق سازنده ریز ساختارهای آگستیک به‌عنوان عوامل موثر در مقاومت انفجاری ساندویچ پنل مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند. مقاومت انفجاری نمونه ساندویچ پنل‌ها با هسته سنتی و جدید تحت بارگذاری 300 گرم TNT در فاصله 10 سانتیمتری از مرکز وجه بالایی ساندویچ پنل مورد بررسی قرار گرفته‌اند. نتایج حاکی از کاهش نسبت پواسون منفی در اثر افزایش ضخامت ورق سلول‌های پاپیونی و افزایش زاویه داخلی ریزساختار‌های تشکیل دهنده هسته بوده است. بیشترین مقدار نسبت پواسون منفی 514/0 - در نمونه داخلی با زاویه داخلی 50 درجه و ضخامت ورق 6/0 میلیمتر به‌دست آمده است نتایج نشان‌دهنده کاهش چشمگیر میزان تنش روی فونداسیون و افزایش زمان پاسخ سازه در اثر افزایش میزان نسبت پواسون منفی و عملکرد ایزوتروپیک می‌باشد. بیشینه میزان تنش روی فونداسیون در نمونه با زاویه داخلی 50 درجه ایزوتروپیک کاهش بیش از یک سوم نسبت به نمونه‌ای با همین زاویه سنتی داشته است. میزان کاهش تنش روی فونداسیون در زاویه داخلی 60 درجه در هسته سنتی و جدید محسوس‌‌تر بوده است. یافته‌های این پژوهش می تواند راهنمای خوبی برای توسعه دهندگان و پژوهشگران فعال در عرصه مقاوم‌سازی سازه باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A Study on the Explosive Resistance of Sandwich Panels with a New Negative Poisson Bowtie Core

نویسندگان [English]

  • Hossein Khosravi 1
  • Mojtaba Lezgy-Nazargah 2
  • Ali Abedi 3
1 Assistant Professor,, Department of Civil Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran
2 Associate Professor, Department of Civil Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran
3 MSc, Department of Civil Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran
چکیده . [English]

The selection of materials, geometry, and structures resistant to explosive loading plays an important role in the stability of the structure and minimizing human and financial losses in critical situations such as war. Therefore, in this study, in order to investigate the impact and resistance of sandwich panels with traditional negative Poisson bowtie cores against explosive loading and with the aim of reducing damage, old sandwich panels have been modeled in the Abaqus finite element software. And then, inspired by the traditional bowtie structure, a new symmetrical lattice structure with negative Poisson ratio and used as the core of a sandwich panel between two metal surfaces has been designed and modeled. Two main criteria, the internal angle and the thickness of the sheet forming the acoustic microstructures, have been evaluated as effective factors in the explosive resistance of sandwich panels. The explosive resistance of sandwich panel samples with traditional and new cores has been investigated under a load of 300 grams of TNT at a distance of 10 centimeters from the center of the upper face of the sandwich panel. The results indicate a decrease in the negative Poisson's ratio due to an increase in the thickness of the bowtie cell sheet and an increase in the internal angle of the microstructures forming the core. The highest value of the negative Poisson's ratio, 0.514, was obtained in the internal sample with an internal angle of 50 degrees and a sheet thickness of 0.6 mm. The results indicate a significant decrease in the stress on the foundation and an increase in the response time of the structure due to an increase in the negative Poisson's ratio and isotropic performance. The maximum stress on the foundation in the sample with an isotropic internal angle of 50 degrees decreased by more than one third compared to the sample with the same traditional angle. The reduction in stress on the foundation at an internal angle of 60 degrees was more noticeable in the traditional and new cores. The findings of this study can be a good guide for developers and researchers active in the field of structural reinforcement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antielastic
  • Finite Elements
  • Explosion
  • Sandwich Panel

Smiley face

مراجع

[1] J. Ren, et al., "Enhancing energy absorption of star-shaped honeycombs by utilizing negative Poisson's ratio effect under high-velocity impact," International Journal of Impact Engineering, vol. 202, p. 105297, 2025, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2025.105297.
[2] Z. Yue, et al., "Elevated shock resistance of all-metallic sandwich beams with honeycomb-supported corrugated cores," Composites Part B: Engineering, vol. 242, p. 110102, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110102.
[3] Z. Zhang, et al., "Energy absorption and crushing behavior of protective bionic sandwich tubes under axial compression," Mechanics Based Design of Structures and Machines, pp. 1–27, 2025,doi: https://doi.org/10.1080/15397734.2025.2476039.
[4] Z. Zou, et al., "Blast resistance of sandwich panels with 3D sinusoidally curved negative Poisson's ratio honeycombs," Structures, 2025, doi: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2025.109011
[5] Z. Zou, et al., "Blast resistance of sandwich structures consisting of re-entrant honeycombs reinforced by catenary," Composite Structures, vol. 359, p. 118995, 2025,
[6] C. Qi, et al., "Blast resistance and multi-objective optimization of aluminum foam-cored sandwich panels," Composite Structures, vol. 105, pp. 45–57, 2013, doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2013.04.043
   [7] X. Li, et al., "Dynamic behavior of aluminum honeycomb sandwich panels under air blast: Experiment and numerical analysis," Composite Structures, vol. 108, pp. 1001–1008, 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2013.10.034
[8] K. P. Dharmasena, et al., "Mechanical response of metallic honeycomb sandwich panel structures to high-intensity dynamic loading," International Journal of Impact Engineering, vol. 35, no. 9, pp. 1063–1074, 2008, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2007.06.008
[9] P. Liu, Y. Liu, and X. Zhang, "Simulation of hyper-velocity impact on double honeycomb sandwich panel and its staggered improvement with internal-structure model," International Journal of Mechanics and Materials in Design, vol. 12, pp. 241–254, 2016, doi: https://doi.org/10.1007/s10999-015-9300-7
[10] J. Zhang, et al., "Dynamic response of double-layer rectangular sandwich plates with metal foam cores subjected to blast loading," International Journal of Impact Engineering, vol. 122, pp. 265–275, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2018.08.016
[11] X. Cui, et al., "A lattice deformation based model of metallic lattice sandwich plates subjected to impulsive loading," International Journal of Solids and Structures, vol. 49, no. 19–20, pp. 2854–2862, 2012, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2012.04.025
[12] R. Lakes, "Foam structures with a negative Poisson's ratio," Science, vol. 235, no. 4792, pp. 1038–1040, 1987, doi: https://doi.org/10.1126/science.235.4792.1038
[13] W. Lv, D. Li, and L. Dong, "Study on blast resistance of a composite sandwich panel with isotropic foam core with negative Poisson's ratio," International Journal of Mechanical Sciences, vol. 191, p. 106105, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2020.106105
[14] V. Sharma, et al., "Influence of porosity on the mechanical behavior during uniaxial compressive testing on Voronoi-based open-cell aluminium foam," Materials, vol. 12, no. 7, p. 1041, 2019, doi: https://doi.org/10.3390/ma12071041
[15] X. Zhang, et al., "Yield properties of closed-cell aluminum foam under triaxial loadings by a 3D Voronoi model," Mechanics of Materials, vol. 104, pp. 73–84, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2016.10.007
[16] G. R. Johnson, "A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high temperatures," in Proceedings of the 7th International Symposium on Ballistics, The Hague, Netherlands, 1983.
[17] D. Hyde, CONWEP—Application of TM5-855-1, Structural Mechanics Division, Structures Laboratory, USAE Waterways Experiment Station, Vicksburg, MS, 1992.
[18] C. Qi, et al., "Impact and close-in blast response of auxetic honeycomb-cored sandwich panels: Experimental tests and numerical simulations," Composite Structures, vol. 180, pp. 161–178, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.08.020
پدافند غیرعامل
دوره 16، شماره 4 - شماره پیاپی 64
شماره پیا پی 64 زمستان 1404
بهمن 1404
صفحه 57-69

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 01 خرداد 1404
  • تاریخ بازنگری: 06 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش: 02 آذر 1404
  • تاریخ انتشار: 30 بهمن 1404

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار