یک هسته خرپای زیگزاگ و عملکردهای مکانیکی آن

[rkiahoseyni]

مقدمه:

انواع مختلفی از فلزات سلولی دوره‌ای خرپایی (PCM) معرفی شده‌اند، زیرا ثابت شده است که ساندویچ پانل‌های دارای هسته PCM به اندازه آنهایی که دارای هسته لانه زنبوری هستند مؤثر می باشند. نمونه‌ها عبارت از پیکربندی‌های هرمی، هشت‌گانه، و خرپای کاگوم شامل خم کردن فلز منبسط شده و بافندگی سیم هستند. معیارهای عمومی برای بازار پسندی هر نوع هسته ساندویچی شامل مورفولوژی، هزینه ساخت و مواد اولیه است. معیار مورفولوژی این است که هسته باید از یکی از سه PCM خرپایی برای بالاترین استحکام تشکیل شود. برای کاهش هزینه های ساخت، فرآیندهای ساده، مستمر و به خوبی توسعه یافته مورد نیاز است. فرآیندهای متداول شکل‌دهی فلز مانند کار با پرس و انبساط امیدوارکننده به نظر می‌رسند. با این حال، استحکام و هزینه ساخت به شدت به مواد اولیه مانند آلیاژهای فرفورژه و با استحکام بالا و معیار سوم بستگی دارد. 

 

ساخت هسته خرپایی:

برای یک هسته خرپایی تک لایه، یک فرآیند ساخت بر اساس فرآیند فلز منبسط شده از نظر هزینه ساخت و مواد خام جذاب خواهد بود. با این فرآیند، برش الگو و گسترش به صورت مش الماسی به طور همزمان در یک حرکت پرس بدون هیچ گونه تلفات مواد انجام می شود. سپس مش به شکل یک الگوی موج مثلثی خم می شود تا یک هسته خرپایی هرمی شکل بگیرد. با این حال، برای یک ورق فلزی با مقاومت بالا و یا ضخیم، ممکن است بدست آوردن هسته های خرپایی دقیق هندسی با کیفیت خوب آسان نباشد.
به عنوان یک جایگزین، استفاده از سیم به عنوان ماده اولیه پیشنهاد شده است. به عنوان مثال، سیم را می توان در یک شبکه فلزی ساده بافته و به شکل خرپای هرمی خم کرد. علاوه بر این، سیم را می توان به شکل موج مثلثی خم کرد و به شکل خرپایی هشت تایی مونتاژ کرد. سیم به عنوان ماده اولیه بسیار جذاب به نظر می رسد زیرا سیم با استحکام بالا و کیفیت خوب مانند سیم پیانو را می توان با هزینه کم ساخت. با این حال، اگر کسی سعی کند یکی از PCM های خرپایی را که قبلاً توضیح داده شد با استفاده از سیم های ضخیم برای استحکام بالاتر بسازد، تداخل بین سیم ها باعث انحراف پایه های تشکیل دهنده ساختار خرپا می شود. برای هسته های PCM خرپایی، ظرفیت بار بالا را می توان با افزایش چگالی نسبی هسته به دست آورد. یعنی پایه های خرپایی کوتاه و ضخیم باعث ظرفیت بارگذاری بالا می شود. با این حال، محدودیت های ذاتی در توپولوژی مانعی برای طراحی یک پانل ساندویچ با استحکام بالا با یک هسته PCM خرپایی تک لایه بوده است. پایه‌های کوتاه‌تر با قطر ثابت، هسته نازک‌تری ایجاد می‌کنند که به دلیل کاهش ممان دوم اینرسی مقطع، استحکام ساندویچ پانل را کاهش می‌دهد. برعکس، پایه‌های ضخیم‌تر با طول ثابت ممکن است استحکام بالاتری ایجاد نکنند، زیرا فاصله بین نقاط تماس با ورق‌های صورت بدون تغییر باقی می‌ماند و پایه‌های ضخیم‌تر هیچ کمکی به تقویت در برابر کمانش ورق‌های صفحه نمی‌کنند. در این کار، یک توپولوژی جدید برای PCM خرپایی، که آن را "خرپای زیگزاگ" نام گذاری می کنیم، معرفی شده است. این PCM خرپایی با خم کردن سیم ها ساخته می شود و هیچ تداخلی بین سیم ها ندارد و آزادی بیشتری در طراحی استحکام ساندویچ پانل دارد. آخرین مزیت به این معنی است که این هسته خرپایی انعطاف پذیری قابل توجهی را در طراحی چگالی نسبی آن فراهم می کند. راه حل های تحلیلی برای استحکام نرمال و برشی مشتق شده و با آن برای یک هسته هرمی مقایسه شده است. نتایج آزمایش‌ها برای نشان دادن عملکرد ساختاری ساختار هسته جدید تحت فشار خارج از صفحه و بارگذاری برشی درون صفحه ارائه شده‌اند.

 

خرپای زیگزاگ:

خرپای زیگزاگ را می توان گونه ای از خرپای هرمی در نظر گرفت. هنگامی که به عنوان هسته یک ساندویچ پانل استفاده می شود، رئوس خرپا هرمی نه تنها پایه ها را به هم متصل می کند، بلکه به صفحات جامد نیز می پیوندد. تا زمانی که اتصال با ورق های صورت حفظ می شود و ورق های صورت تغییر شکل نمی دهند، هر دو انتهای چهار پایه که هر خرپا واحد را تشکیل می دهند لازم نیست فقط در یک نقطه به هم بپیوندند. یعنی راس در عوض، نقطه اتصال را می توان به دو قسمت جدا کرد. رئوس متصل به صفحه بالا که در نمایش گرافیکی با دایره‌های کور مشخص می گردند، از هم جدا می‌شوند و در نتیجه تک ردیف خرپاها در حالی که همچنان به وجه متصل هستند، به دو قسمت جدا تفکیک می‌شوند. انتظار می رود که به دلیل جدا شدن تحت بار فشاری یا بارگذاری برشی، استحکام کاهشی نداشته باشد. به منظور کاهش مساحت اشغال شده توسط هسته خرپا، یکی از دو ردیف ممکن است به سادگی با چرخش یا جابجایی جهت خود را تغییر دهد. بزرگترین مزایای این توپولوژی جدید این است که هر ردیف را می توان با خم کردن سیم ها به یک الگوی موج مثلثی ساخت و هیچ تداخلی بین سیم ها وجود ندارد.

 

 

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی