ارائه راهکارهایی برای بهبود خواص مکانیکی ساختارهای کایرال

به گزارش روز یکشنبه هاریکا از روابط‌عمومی دانشگاه تهران، در پژوهشی که به تازگی به سرپرستی مجید صفرآبادی فراهانی، عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشکدگان فنی دانشگاه تهران و با همکاری سامان قدوسی و امیررضا وکیل، دانشجویان این دانشکده انجام شده، راهکاری برای بهبود خواص مکانیکی سازه‌های کایرال پیشنهاد شده است.

صفرآبادی در معرفی سازه‌های کایرال گفت: امروزه در مهندسی هوافضا، خودرو و عمران، موادی با ساختارهای خاص و غیرمعمول، به دلیل داشتن ویژگی‌هایی چون ضریب پواسون منفی، مورد توجه قرار گرفته‌اند.

وی ادامه داد: این ویژگی‌ها باعث می‌شوند که سازه در هنگام فشرده‌سازی به داخل جمع شود و در هنگام کشش به سمت بیرون باز شود، رفتاری که در مواد معمولی دیده نمی‌شود. یکی از شناخته‌شده‌ترین این ساختارها، سازه‌های کایرال هستند.

دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران افزود: این سازه‌ها معمولاً از واحدهای هندسی دایره‌ای‌شکل ساخته شده‌اند که به روش‌های مختلفی به هم متصل می‌شوند و ویژگی برجسته آن‌ها، توانایی بالا در جذب انرژی و رفتار تغییر شکل خاص است.

صفرآبادی درباره ضعف ساختار کایرال گفت: مشکل این ساختار، کاهش سفتی در مقایسه با ساختارهای معمولی است، چون به‌طور طبیعی در آن‌ها حفره‌هایی وجود دارد که از استحکام کلی آن می‌کاهد. برای حل این مشکل، پژوهشگران روش‌های مختلفی را پیشنهاد داده‌اند که یکی از ساده‌ترین، ارزان‌ترین و در عین حال مؤثرترین آن‌ها پر کردن ساختار با فوم است.

وی درباره مطالعه‌ای که به تازگی در دانشکدگان فنی دانشگاه تهران انجام شده است، گفت: هدف این پژوهش، بررسی تأثیر پر کردن فوم در ساختارهای ساندویچی کایرال برای بهبود خواص خمشی بود. در این راستا، چهار نوع هسته کایرال مورد بررسی قرار گرفت و آزمایش‌های خمش سه‌نقطه‌ای و شبیه‌سازی با روش المان محدود انجام شد.

دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران درباره نتایج این مطالعه گفت: به عنوان نتیجه مشخص شد که پر کردن فوم باعث افزایش جذب انرژی بین ۸.۳۳ درصد تا ۱۳.۶۸ درصد و افزایش مدول خمشی بین ۲۴.۴۵ درصد تا ۶۹.۱۷ درصد می‌شود. پر کردن با فوم در ساختارهای با الگوی RTHS (Re-entrant trichiral) عملکرد بهتری داشتند چون ظرفیت تغییر شکل و سفتی را بیشتر کردند. پر شدن ساختار با فوم همچنین باعث شد تغییر شکل ورق‌های سطحی کمتر و توزیع تنش‌ها یکنواخت‌تر شود و استحکام خمشی بین ۵.۸۱ درصد تا ۲۸.۹۴ درصد افزایش یابد.

صفرآبادی یادآورشد: این تحقیق نشان داد که پر کردن فوم به طور محسوسی باعث افزایش جذب انرژی و بهبود رفتار مکانیکی در سازه‌های کایرال می‌شود. ارتقای خواص این ساختار، در صنایعی که نیاز به استحکام بالا و جذب انرژی زیاد دارند، کارایی خواهد داشت. این پژوهش همچنین ضرورت تمرکز روی بهینه‌سازی بیشتر مواد، طراحی هندسی و ارزیابی عملکرد این سازه‌ها تحت شرایط بارگذاری دینامیکی را نشان داد.

نتایج این مطالعه به تازگی از سوی الزویر در نشریه Thin-Walled Structures منتشر شده و از طریق پیوند Effects of foam filling on flexural performance of 3D printed chiral honeycombs در دسترس است.