Везде

RAS Energy, Mechanics & ControlИзвестия Российской академии наук. Механика твердого тела Mechanics of Solids

  • ISSN (Print) 1026-3519
  • ISSN (Online) 3034-6428

ON THE INFLUENCE OF CHIRALITY OF THE STRUCTURE OF AUXETIC METAMATERIALS ON THE RESISTANCE TO IMPACT PENETRATION

You can
PII
S30346428S1026351925030157-1
DOI
10.7868/S3034642825030157
Publication type
Article
Status
Published
Authors
S. Yu. Ivanova
  • Affiliation: Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS
K. Yu. Osipenko
  • Affiliation: Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS
N. V. Banichuk
  • Affiliation: Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS
D. S. Lisovenko
  • Affiliation: Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS
Volume/ Edition
Volume / Issue number 3
Pages
289-302
Abstract
The properties of metamaterials with negative Poisson’s ratio (with an auxetic structure based on a cell in the form of a concave hexagon) to resist penetration by a rigid spherical striker along the normal were experimentally studied. Using a 3D printer, samples of the same mass with a chiral and non-chiral structure were made from flexible thermoplastic polyurethane (TPU 95A plastic) and rigid e-PLA plastic, which were compared by the ability to reduce the kinetic energy of strikers at a speed of about 190 m /s. It was found that the chirality of the sample structure (for both TPU and PLA plastics) leads to an increase in their protective properties. However, when the sample structure was rotated by 90 degrees, the samples without chirality showed the best resistance to penetration. Based on the results of a series of experiments with TPU and PLA samples, the most effective in terms of resistance to penetration by a striker were auxetics made of thermoplastic polyurethane, with a non-chiral structure turned by 90 degrees.
Keywords
метаматериалы ауксетики хиральные структуры экспериментальные исследования пробивание жесткие ударники
Date of publication
20.02.2025
Year of publication
2025
Number of purchasers
0
Views
17

References

  1. 1. Lim T.-C. Auxetic Materials and Structures. Singapore: Springer, 2015. https://doi.org/10.1007/978-981-287-275-3
  2. 2. Kolken H.M.A., Zadpoor A.A. Auxetic Mechanical Metamaterials // RSC Adv. 2017. V. 7. № 9. P. 5111-5129. https://doi.org/10.1039/C6RA27333E
  3. 3. Ren X., Das R., Tran P. et al. Auxetic Metamaterials and Structures: A Review // Smart Mater. Struct. 2018. V. 27. № 2. P. 023001. https://doi.org/10.1088/1361-665X/aaa61c
  4. 4. Wu W., Hu W., Qian G. et al. Mechanical design and multifunctional applications of chiral mechanical metamaterials: A review // Mater. Des. 2019. V. 180. P. 107950. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.107950
  5. 5. Городцов В.А. Лисовенко Д.С. Ауксетики среди материалов с кубической анизотропией // Известия РАН. МТТ. 2020. № 4. С. 7-24. https://doi.org/10.31857/S0572329920040054
  6. 6. Шитикова М.В. Обзор вязкоупругих моделей с операторами дробного порядка, используемых в динамических задачах механики твердого тела // Известия РАН. МТТ. 2022. № 1. С. 3-40. https://doi.org/10.31857/S0572329921060118
  7. 7. Novak N., Vesenjak M., Ren Z. Auxetic cellular materials-a review // Strojniški vestnik - Journal of Mechanical Engineering. 2016. V. 62. № 9. P. 485-493. https://doi.org/10.5545/sv-jme.2016.3656
  8. 8. Kelkar P.U., Kim H.S., Cho K.-H. et. al. Cellular Auxetic Structures for Mechanical Metamaterials: A Review // Sensors. 2020. V. 20. № 11. P. 3132. https://doi.org/10.3390/s20113132
  9. 9. Joseph A., Manesh V., Harursampath D. On the application of additive manufacturing methods for auxetic structures: A review // Adv. Manuf. 2021. V. 9. № 3. P. 342-368. https://doi.org/10.1007/s40436-021-00357-y
  10. 10. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Кузнецов В.А., Соловьев Н.Г., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С. Экспериментальное исследование свойств ауксетических и неауксетических метаматериалов из металла при проникании в них жестких ударников // Известия РАН. МТТ. 2023. № 2. С. 176-180. https://doi.org/10.31857/S0572329922600773
  11. 11. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Демин А.И., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С. Изучение свойств метаматериалов с отрицательным коэффициентом Пуассона при пробивании жестким ударником // Известия РАН. МТТ. 2023. № 5. С. 120-130. https://doi.org/10.31857/S0572329923600366
  12. 12. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С. Экспериментальное исследование свойств метаматериалов на основе PLA пластика при пробивании жестким ударником // Известия РАН. МТТ. 2024. № 4. С. 207-215. https://doi.org/10.31857/S1026351924040146
  13. 13. Ivanova S.Yu., Osipenko K.Yu., Banichuk N.V., Lisovenko D.S. Investigation of the effect of a viscous filler on the punching process of auxetic and non-auxetic metamaterials // Mech. Solids. 2024. V. 59. № 7. P. 3727-3734. https://doi.org/10.1134/S0025654424606633
  14. 14. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С. Исследование влияния вязкого заполнителя на механические свойства метаматериалов с отрицательным и положительным коэффициентом Пуассона при пробивании жестким ударником // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. 2024. № 4 (62). С. 62-75. https://doi.org/10.37972/chgpu.2024.62.4.005
  15. 15. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С. Влияние температуры метаматериалов на основе гибкого пластика TPU 95A на сопротивление пробиванию жестким ударником // Известия РАН. МТТ. 2025. № 1. С. 197-208. https://doi.org/10.31857/S1026351925010108
  16. 16. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С. О влиянии вязкого заполнителя на сопротивление пробиванию ударником гибких метаматериалов с ауксетическими свойствами // Изв. РАН. МТТ. 2025. № 2. С. 267-278. https://doi.org/10.31857/S1026351925020156
  17. 17. Gao Y., Huang H. Energy absorption and gradient of hybrid honeycomb structure with negative Poisson’s ratio // Mech. Solids. 2022. V. 57. № 5. P. 1118-1133. https://doi.org/10.3103/S0025654422050053
  18. 18. Хing Y., Deng B., Cao M. et al. Influence of structural and morphological variations in orthogonal trapezoidal aluminum honeycomb on quasi-static mechanical properties // Mech. Solids. 2024. V. 59. № 1. P. 445-458. https://doi.org/10.1134/S0025654423602550
  19. 19. Скрипняк В.В., Чирков М.О., Скрипняк В.А. Моделирование механической реакции ауксетических метаматериалов на динамические воздействия // Вестник ПНИПУ. Механика. 2021. № 2. C. 144-152. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2021.2.13
  20. 20. Imbalzano G., Tran P., Lee P.V.S. et. al. Influences of material and geometry in the performance of auxetic composite structure under blast loading // Appl. Mech. Mater. 2016. V. 846. P. 476-481. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.846.476
  21. 21. Zhao X., Gao Q., Wang L. et. al. Dynamic crushing of double-arrowed auxetic structure under impact loading // Mater. Des. 2018. V. 160. P. 527-537. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.09.041
  22. 22. Li C., Shen H.S., Wang H. Nonlinear dynamic response of sandwich plates with functionally graded auxetic 3D lattice core // Nonlinear Dyn. 2020. V. 100. P. 3235-3252. https://doi.org/10.1007/s11071-020-05686-4
  23. 23. Qiao J.X., Chen C.Q. Impact resistance of uniform and functionally graded auxetic double arrowhead honeycombs // Inter. J. Impact Eng. 2015. V. 83. P. 47-58. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2015.04.005
  24. 24. Novak N., Starcevic L., Vesenjak M. et. al. Blast response study of the sandwich composite panels with 3D chiral auxetic core // Compos. Struct. 2019. V. 210. P. 167-178. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.11.050
  25. 25. Yu Y., Fu T., Wang S., Yang C. Dynamic response of novel sandwich structures with 3D sinusoid-parallel-hybrid honeycomb auxetic cores: The cores based on negative Poisson’s ratio of elastic jump // Eur. J. Mech. - A/Solids. 2025. V. 109. P. 105449. https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2024.105449
  26. 26. Shen Z.Y., Wen Y.K., Shen L.Y. et. al. Dynamic response and energy absorption characteristics of auxetic concave honeycomb pad for ballistic helmet under shock wave and bullet impact // Mech. Solids. 2024. V. 59. № 5. P. 3050-3067. https://doi.org/10.1134/S0025654424605159
  27. 27. Jiang Q., Hao B., Chen G. et. al. Analysis of the penetration ability of exponential bullets on TPMS structures with variable density // Mech. Solids. 2024. V. 59. № 5. P. 3198-3211. https://doi.org/10.1134/S0025654424605640
  28. 28. Usta F., Türkmen H.S., Scarpa F. High-velocity impact resistance of doubly curved sandwich panels with re-entrant honeycomb and foam core // Int. J. Impact Eng. 2022. V. 165. P. 104230. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2022.104230
QR
Translate

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library