خمیدگی میله پوشانده شده با فلس های بیومتری در شرایط کاربرد غیر متناوب
چکیده
پوشاندن زیر لایه های ارتجاعی با استفاده از فلسهای بیومتری محکم باعث تغییر قابل توجه در رفتار خمیدگی از طریق کاربرد فلسها می شود. این کاربرد از منابع اصلی غیر خطی بودن در حالت های جابجایی جزئی می باشد. با پیشروی جابجایی ها، واکنش خمیدگی خطی منجر به افزایش مقاومت و ایجاد ساختار هندسی قفل شده می شود. به هر حال، بررسی این سیستم تا حال حاضر و با استفاده از فرضیه کاربرد متناوب و حتی بعد از تماس با فلس انجام شده است. این ویژگی فقط در شرایط وجود بارهای ایده آل یا در صورت وجود فلس در مجاورت منطقه صدق می کند. به هر حال، این عامل برای سیستم های کاربردی در شرایط غیر پیوسته و تعییر متناوب بارها صدق نمی کند.ما این مسئله غیر خطی را برای اولین بار در انحرافات کم و در حالت وجود دوران مطرح کردیم. مدلسازی ترکیبی و تحلیل آماری نشان می دهد که دوره استراحت بهتر می تواند هندسه کاربرد فلسهای غیر پیوسته را در میله ها و در شرایط بارگیری نشان دهد و امکان بررسی رفتار غیر خطی را فراهم می آورد. ما به اختلافات قابل توجهی در مدل های متناوب برای پیش بینی رفتار فلسها بعد از کاربرد رسیده ایم. این اختلافات شامل اختلاف در جابجایی های زاویه ای فلس، بزرگی نیروهای طبیعی در راستای طول، نوسان در شتاب و روابط بین انها و ماهیت متمایز رفتار قفل شدن می شود. بنابراین، عدم تناوب یکی از ویژگی های مهم و بررسی نشده این مسئله است که منجر به ارائه اطلاعاتی می شود که در تحقیقات قبل بیان نشده اند. این عامل باعث هموار شدن مسیر برای توسعه چارچوب معماری سازه ها برای طراحی و بهینه سازی این جامدات اهرمی می شود.
1. مقدمه
سازه های زیستی تحت تاثیر مواد ترکیبی د ارای عملکرد غیر موازی از جمله طرح های ماورابنفش (حدادی 2017 – بائی و همکاران 2016- زیانگ و همکاران 2015 – کندل1975) ، ارتجاع پذیری حالتی (آیدین و همکاران 2010 – یوستما و همکاران 2017 – هاکو و همکاران 2010 – کول و همکاران 2013- استواردت 2013) و نسبت منفی پواسون (بوگمان و همکاران 1998 – ایلکا 2017 – لیکز 1987 – زو و همکاران 2017) قرار می گیرند. از جمله سازه های زیستی می توان به فلسها اشاره کرد که در مراحل اولیه زندگی پیچیده چند سلولی مطرح شدند (بروئت و همکاران2008) و وجود آنها علیرغم وجود فشارهای چند میلیون سالی ادامه ارد. این عامل باعث شده است تا فلسها ماده دارای عملکرد طبیعی بالا با واکنش های چند فلسی با بارهای مختلف شوند ( چن و همکاران 2010 – ایکوما و همکاران 2003 – لین و همکاران 2010 – ورنری و برتلا 2014 – وگست و همکاران 2015 – زو و همکاران 2013 – نلمس و همکاران 2018- اسزویچ و همکاران 2017).
Abstract
Covering elastic substrates with stiff biomimetic scales significantly alters the bending behavior via scales engagement. This engagement is the dominant source of nonlinearity in small deflection regime. As deformation proceeds, an initially linear bending response gives way to progressive stiffening and thereafter a geometrically dictated ‘locked’ configuration. However, investigation of this system has been carried out until date using assumption of periodic engagement even after scales contact. This is true only under the most ideal loading conditions or if the scales are extremely dense akin to a continuum assumption on the scales. However, this is not true for a practical system where scales are more discrete and where loading can alter periodicity of engagement. We address this nonlinear problem for the first time in small deflection and rotation regime. Our combined modeling and numerical analysis show that relaxing periodicity better represents the geometry of discrete scales engagement and mechanics of the beam under general loading conditions and allows us to revisit the nonlinear behavior. We report significant differences from predictions of periodic models in terms of predicting the behavior of scales after engagement. These include the difference in the angular displacement of scales, normal force magnitudes along the length, moment curvature relationship as well as a distinct nature of the locking behavior. Therefore, non-periodicity is an important yet unexplored feature of this problem, which leads to insights, absent in previous investigations. This opens way for developing the structure-property-architecture framework for design and optimization of these topologically leveraged solids.
1. Introduction
Biological structures have inspired synthetic materials with unparalleled performances such as ultra-lightweight design (Hadadi, 2017; Bai et al., 2016; Xiong et al., 2015; Kendall, 1975), tunable elasticity (Aydin et al., 2010; Bootsma et al., 2017; Haque et al., 2010; Kolle et al., 2013; Studart, 2013), and negative poisson’s ratio (Baughman et al., 1998; Ikai, 2017; Lakes, 1987; 2017; Xu et al., 2017). Among biological structures, scales had appeared in the earliest stages of evolution of complex multicellular life (Bruet et al., 2008) and continued their existence in spite of millions of years of evolutionary pressures. This has made scales a naturally high performance material with hybrid and multiscale response to various loads (Chen et al., 2010; Ikoma et al., 2003; Lin et al., 2010; Vernerey and Barthelat, 2014; Wegst et al., 2015; Zhu et al., 2013; Nelms et al., 2018; Szewciw et al., 2017).
چکیده
1. مقدمه
2. روش ها و مواد
2.1 هندسه
2.2 مواد
2.3 جنبش
2.4 مکانیک
3. نتایج و بحث
3.1 انحراف از کاربرد متناوب در تیرهای مقاوم
3.2 رفتار منطقه ای- واکنش فلس
3.3 رفتار عمومی – ویژگی های جابه جایی های بار
4. نتیجه گیری
منابع
Abstract
1. Introduction
2. Materials and methods
2.1. Geometry
2.2. Materials
2.3. Kinematics
2.4. Mechanics
3. Results and discussion
3.1. Deviation from periodic engagement in a scaly beam
3.2. Local behavior - scale response
3.3. Global behavior - load-displacement characteristics
4. Conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه