مکانیک ساختارهای هوشمند

مکانیک ساختارهای هوشمند

تحلیل عددی عملکرد جذب انرژی ساختارهای کایرال اصلاح‌شده تحت بارگذاری فشاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 هیات علمی،گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران
2 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک،دانشکده فنی مهندسی، گرایش طراحی کاربردی دانشگاه بو علی سینا،همدان، ایران
3 دانشجو دکتری مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی، دانشگاه بو علی سینا، همدان، ایران
10.30511/jmms.2026.2096456.1071
چکیده
ساختارهای آگزتیک به‌دلیل رفتار مکانیکی ویژه، تغییرشکل پایدار و ظرفیت بالای جذب انرژی، توجه گسترده‌ای را به خود جلب کرده‌اند. در این پژوهش، پاسخ فشاری شبه‌استاتیک درون‌صفحه‌ای یک ساختار کایرال پایه و پیکربندی‌های اصلاح‌شده نوآورانه آن بررسی شد. ابتدا خواص مکانیکی ماده PLA+ از طریق آزمون کشش نمونه‌های چاپ سه‌بعدی FDM تعیین گردید. سپس مدل‌های سه‌بعدی در سالیدورکس ساخته و در آباکوس تحلیل عددی شدند. برای ارتقای عملکرد جذب انرژی، شش پیکربندی هندسی نوآورانه شامل تقویت چهارگوش، تقویت مرکزی، کمانی، لوزی، دایره‌ای و ضربدری نسبت به ساختار پایه ارزیابی شدند. نتایج نشان داد مقادیر SEA نرمال‌شده برای ساختار پایه، چهارگوش، تقویت مرکزی، کمانی، لوزی، دایره‌ای و ضربدری به‌ترتیب ۲۲، 5/40، ۴۲، 6/38، 2/38، 2/44 و 7/39 است. در میان پیکربندی‌های بررسی‌شده، ساختار دایره‌ای با بیشترین SEA و بالاترین MCF برابر با 57/0، بهترین عملکرد را از نظر جذب انرژی و پایداری تغییرشکل نشان داد؛ در حالی‌که ساختار چهارگوش کمترین PCF را ارائه کرد. این نتایج نشان می‌دهد که اصلاحات هندسی پیشنهادی، مسیر مؤثری برای بهینه‌سازی هم‌زمان SEA و PCF در ساختارهای کایرال فراهم می‌کنند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical Analysis of the Energy Absorption Performance of Modified Chiral Structures under Compressive Loading

نویسندگان English

Mahdi mardani 1
Erfan Taherkhani 2
Mohamad Reza Parsaeiyan 3
1 Faculty Member, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, National University of Skills, Tehran, Iran
2 M.Sc. in Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Applied Design Major, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
3 PhD Student in Mechanical Engineering (Applied Design), Bu Ali Sina University, Hamadan, Iran.
چکیده English

Auxetic structures have attracted considerable attention due to their unique mechanical response, stable deformation behavior, and high energy absorption capacity. This study investigates the quasi-static in-plane compressive performance of a base chiral structure and its innovative modified configurations. The mechanical properties of PLA+ were first determined through tensile testing of FDM-printed standard specimens. Three-dimensional models were then developed in SolidWorks and numerically analyzed in Abaqus. To enhance energy absorption performance, six novel geometrical configurations, including square-reinforced, central-reinforced, arched, rhombic, circular, and cross-shaped designs, were evaluated against the base structure. The results showed that the normalized specific energy absorption (SEA) values for the base, square, central-reinforced, arched, rhombic, circular, and cross-shaped structures were 22, 40.5, 42, 38.6, 38.2, 44.2, and 39.7, respectively. Among the examined configurations, the circular structure exhibited the best overall performance, achieving the highest SEA and the maximum mean crushing force (MCF) of 0.57, while the square configuration showed the lowest peak crushing force (PCF). These findings demonstrate that the proposed geometric modifications provide an effective strategy for simultaneously improving SEA and PCF in chiral auxetic structures.

کلیدواژه‌ها English

Chiral structures
Specific energy absorption
Finite element analysis
3D printing (FDM)
Geometric optimization

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 18 مهر 1405