Везде

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

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

Study of Resistance to Impact Penetration of Auxetic Metamaterials at Various Angles of Rotation of Their Internal Cellular Structure

You can
PII
S30346428S1026351925040128-1
DOI
10.7868/S3034642825040128
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 4
Pages
227-246
Abstract
The resistance of auxetic metamaterials based on a cell in the form of a concave hexagon (with a negative Poisson's ratio) to penetration by a rigid spherical striker along the normal was experimentally studied. Samples of metamaterials with a chiral and non-chiral internal structure were made on a 3D printer from flexible thermoplastic polyurethane (TPU 95A plastic) and rigid e-PLA plastic. For all four types of metamaterials, samples were prepared whose internal structure differed in the rotation angle (0, 30, 60 or 90 degrees) relative to the vertical axis. The samples were compared by their ability to reduce the kinetic energy of strikers at a speed of about 190 m/s at a temperature of 16°C. It was found that auxetics made of thermoplastic polyurethane with a non-chiral structure rotated by 90 degrees are the most effective in terms of resistance to striker penetration. The dependence of the striker deviation on exit from the samples (up or down) on the direction of rotation of the internal structure of the sample at an angle from 0 to 90 degrees clockwise or counterclockwise, respectively, was revealed.
Keywords
метаматериалы аукетики хиральные структуры экспериментальные исследования пробивание жесткие ударники
Date of publication
23.05.2025
Year of publication
2025
Number of purchasers
0
Views
14

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. Ауксетки среди материалов с кубической анизотропией // Изв. 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 // Изв. 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., Башчук Н.В., Лисовенко Д.С. Экспериментальное исследование свойств ауксетических и неауксетических метаматериалов из металла при проникании в них жестких ударников // Изв. РАН. МТТ. 2023. № 2. С. 176–180. https://doi.org/10.31857/S0572329922600773
  11. 11. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Демин А.И., Башчук Н.В., Лисовенко Д.С. Изучение свойств метаматериалов с отрицательным коэффициентом Пуассона при пробивании жестким ударником // Изв. РАН. МТТ. 2023. № 5. С. 120–130. https://doi.org/10.31857/S0572329923600366
  12. 12. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Башчук Н.В., Лисовенко Д.С. Экспериментальное исследование свойства метаматериалов на основе PLA пластика при пробивании жестким ударником // Изв. 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., Башчук 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. Т. 4. № 62. С. 62–75. https://doi.org/10.37972/chgpu.2024.62.4.005
  15. 15. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Башчук Н.В., Лисовенко Д.С. Влияние температуры метаматериалов на основе гибкого пластика TPU 95A на сопротивление пробиванию жестким ударником // Изв. РАН. МТТ. 2025. № 1. С. 197–208. https://doi.org/10.31857/S1026351925010108
  16. 16. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Башчук 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/S1026351925020068
  17. 17. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С. О влиянии хиральности структуры ауксетических метаматериалов на сопротивление пробиванию ударником // Изв. РАН. МТТ. 2025. № 3. С. 38–58. http://dx.doi.org/10.31857/S1026351925030032
  18. 18. 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
  19. 19. Xing 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
  20. 20. Скрипняк В.В., Чирков М.О., Скрипняк В.А. Моделирование механической реакции ауксетических метаматериалов на динамические воздействия // Вестник ПНИПУ. Механика. 2021. № 2. С. 144–152. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2021.2.13
  21. 21. 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
  22. 22. Zhao X., Gao Q., Wang L. et. al. Dynamic crushing of double-arrowed auxetic structure un-der impact loading // Mater. Des. 2018. V. 160. P. 527–537. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.09.041
  23. 23. 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
  24. 24. 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
  25. 25. Novak N., Stareevic 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
  26. 26. 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
  27. 27. 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
  28. 28. 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
  29. 29. Usta F., Tiirkmen 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