Triecienizturība šūnveida kodolu konstrukcijās

Daudzos inženiertehniskos lietojumos-transporta virsbūves, dzelzceļa transportlīdzekļi, jūras būves, aizsargierīces un moduļu ēkas-trieciens nav ārkārtējs notikums. Tā ir normāla kalpošanas laika daļa.

Ietekme rodas no:

Iekrāvēji un iekrāvēji

Atkritumi un ceļa smidzināšana

Instrumenti un apkopes darbība

Nejaušas sadursmes iekraušanas laikā

Vibrācijas{0}}izraisīti mikro-triecieniem

Tāpēc, lai izstrādātu triecienizturību, trieciens ir jāuzskata par noteicošo slodzi, nevis kā retu negadījumu.

Šajās vidēs arvien vairāk tiek izmantotas šūnveida serdes struktūras, jo tās apvieno mazo svaru ar kontrolējamu enerģijas absorbciju. Tomēr to ietekmes uzvedība nav nejauša. Tas ir ģeometrijas, materiāla uzvedības, sejas un kodola mijiedarbības un saskarnes dizaina rezultāts.

Triecienizturība bieži tiek pārprasta kā vienkārši "neplīst, kad sit." Konstrukciju inženierijā to precīzāk definē kā būves spēju:

Absorbēt kinētisko enerģiju

Ierobežojiet maksimālo kontaktspēku

Kontrolējiet bojājumu lielumu un izplatīšanos

Saglabājiet atlikušo slodzi{0}}nestspēju

Panelis, kas iztur triecienu, bet zaudē lielāko daļu stingrības, nav īsti triecienizturīgs. Efektīva triecienizturība līdzsvaro bojājumu toleranci ar veiktspēju pēc-trieciena.

PP šūnveida ar ne{0}}austu audumu

Atvērt šūnu PP šūnveida kodolu

Šūnveida serdeņi absorbē enerģiju galvenokārt pakāpeniskas šūnu sienas deformācijas rezultātā.

Ietekmes gadījumā:

Sejas loksne lokāli novirzās

Ielādējiet pārsūtīšanu kodolā

Šūnu sienas piesprādzējas, salokās vai saspiež

Enerģija tiek izkliedēta plastiskas deformācijas vai kontrolēta lūzuma rezultātā

Šis pakāpeniskais sabrukšanas process izplata enerģiju laikā un attālumā, samazinot maksimālo spēku.

Galvenie enerģijas{0}}absorbēšanas mehānismi ietver:

Šūnu sieniņu elastīga locīšana agrīnā stadijā

Plastmasas izliekums pie lielākām slodzēm

Progresīva graušana, nevis pēkšņa sabrukšana

Salīdzinot ar cietajiem serdeņiem, šūnveida struktūras rada vairākus mikro{0}}kļūmes gadījumus, nevis vienu katastrofālu atteici.

Serdes ģeometrija ir galvenais triecienizturības virzītājspēks.

Svarīgi parametri ietver:

Šūnas forma (sešstūraina, taisnstūrveida, pastiprināta)

Šūnas izmērs

Sienas biezums

Serdes augstums

Mazākas šūnas nodrošina:

Vairāk slodzes ceļu

Labāks sejas atbalsts

Samazināts lokālais ievilkums

Lielākas šūnas:

Absorbējiet enerģiju ilgākā gājienā

Zemāks maksimālais spēks

Apdraudiet lielākas lokālas bojājumu zonas

Sienas biezuma kontrole:

Izliekuma pretestība

Vienā šūnā uzņemtā enerģija

Pāreja no elastīgas uz plastisku uzvedību

Serdes augstums ietekmē to, cik liels deformācijas attālums ir pieejams trieciena enerģijas absorbēšanai.

Dizaineri pielāgo ģeometriju, lai tā atbilstu paredzamajai trieciena enerģijai, nevis vienkārši palielina spēku.

Sejas lapa ir pirmā aizsardzības līnija.

Tās funkcijas ietver:

Vietējā kontaktspēka sadale

Iekļūšanas novēršana

Sākotnējās novirzes formas kontrole

Trieciena uzvedība lielā mērā ir atkarīga no sejas loksnes īpašībām:

Augsta stingrība sadala slodzi uz vairākām šūnām

Augsta izturība pret plaisāšanu

Atbilstošs biezums novērš lokālu perforāciju

Pārāk stingra sejas loksne var pārnest lielu spēku uz serdi, izraisot trauslu serdes bojājumu. Pārāk mīksta sejas lapa pieļauj pārmērīgu ievilkumu, pirms enerģija sasniedz kodolu.

Triecienizturīgs dizains{0}}līdzsvaro virsmas stingrību un serdes deformējamību.

Triecienizturība nav tikai serdes vai sejas loksnes īpašība. Tas ir atkarīgs no tā, kā viņi mijiedarbojas.

Kritiskie aspekti ietver:

Saites stiprība starp seju un serdi

Interfeisa spēja pārnest bīdi ātras slodzes laikā

Izturība pret atdalīšanu dinamiskā spriedzē

Ja saskarne neizdodas agri, kodols nevar efektīvi piedalīties enerģijas absorbcijā. Tad panelis uzvedas kā plāna plāksne virs tukšuma, radot lielu novirzi un zemu atlikušo izturību.

Tāpēc līmes izvēle un virsmas sagatavošana ir{0}}kritiski svarīgi lēmumi.

Bieži sastopami ar ietekmi{0}}saistīti kļūmju režīmi:

Sejas loksnes plaisāšana vai perforācija

Vietējā serdes drupināšana

Serdes bīdes sabrukums

Sejas un kodola atdalīšana

Atslāņošanās kompozītu virsmu iekšpusē

Kurš režīms dominē, ir atkarīgs no:

Trieciena enerģija un triecienelementa forma

Serdes ģeometrija un materiāls

Sejas loksnes stīvums un stingrība

Savienojuma kvalitāte

Inženierprojektēšanas mērķis ir veicināt pakāpenisku serdes saspiešanu, nevis trauslas sejas lūzumu vai saskarnes atteici.

Trieciena uzvedība ļoti atšķiras atkarībā no ātruma.

Zema{0}}ātruma ietekme(instrumenti, pārvietošanas aprīkojums, cilvēka darbība):

Lielāka deformācija

Ilgāks kontakta laiks

Vairāk serdes drupināšanas un sejas locīšanas

Liela{0}}ātruma ietekme(gruži, akmeņi, lādiņi):

Īss kontakta laiks

Paaugstināts lokālais stress

Lielāks iekļūšanas sejā vai plaisāšanas risks

Šūnveida struktūras ir īpaši efektīvas zema{0}} līdz vidēja{1}}ātruma trieciena režīmos, kur var pilnībā attīstīties pakāpeniska drupināšana.

Liela{0}}ātruma triecienizturība bieži prasa:

Rūdītas sejas loksnes

Cietie ārējie slāņi

Hibrīda serdes dizaini

Ģeometrija ir kritiska, taču svarīga ir arī materiāla uzvedība.

Parastie pamatmateriāli ietver:

Alumīnijs

Termoplastiskie polimēri

Termoreaktīvie kompozītmateriāli

Papīra{0}}materiāli

Termoplastiskie serdeņi:

Parādīt kaļamā deformāciju

Absorbējiet enerģiju caur plastmasas plūsmu

Pretoties plaisu izplatībai

Alumīnija serdeņi:

Piedāvā augstu sākotnējo stingrību

Absorbējiet enerģiju, salokot

Var ciest no trauslas uzvedības zemā temperatūrā

Papīra{0}} serdeņi:

Zema triecienizturība

Ātrs spēka zudums, ja tas ir bojāts vai slapjš

Materiāla izvēle nosaka, vai enerģijas absorbcija ir elastīga, plastiska vai trausla.

Viens izaicinājums ar šūnveida paneļiem ir tas, ka trieciena bojājumi var būt paslēpti.

Nelieli iespiedumi uz virsmas var liecināt par ievērojamu iekšējo serdes saspiešanu vai atdalīšanu. Tas ir īpaši svarīgi drošībai{1}}attiecīgās struktūrās.

Projektēšanas un apkopes stratēģijas ietver:

Sejas loksnes, kas parāda redzamas iespiedumus, kad rodas iekšējie bojājumi

Nesagraujošas pārbaudes metodes

Noteiktas bojājumu tolerances robežas

Triecienizturība ietver ne tikai triecienizturību, bet arī iespēju atklāt bojājumus, pirms tiek apdraudēta konstrukcijas funkcija.

Patiesi triecienizturīgs{0}}panelis saglabā izmantojamo izturību pēc sitiena.

Galvenie pasākumi ietver:

Atlikušais lieces stingums

Atlikusī bīdes izturība

Spēja pārvadāt projektētās kravas

Šūnveida konstrukcijas bieži saglabā ievērojamu kravnesību pēc lokāliem bojājumiem, jo:

Bojājumi ir lokalizēti

Nebojātas šūnas turpina nest slodzi

Progresīvs sabrukums ierobežo plaisu augšanu

Projektēšanas kritēriji arvien vairāk nosaka ne tikai trieciena enerģiju, lai izdzīvotu, bet arī minimālo atlikušo izturību pēc trieciena.

Triecienizturība ir jāpārbauda, veicot testus.

Kopējās metodes ietver:

Svara{0}}trieciena testi

Instrumentētā trieciena pārbaude

Atkārtota trieciena pārbaude

Pēc-trieciena mehāniskās pārbaudes

Pārbaudes tiek veiktas:

Dažādas enerģijas

Dažādas temperatūras

Dažādi mitruma līmeņi

Tā kā triecienizturība ir jutīga pret ģeometriju un materiālu, testēšana bieži vien ir lietojumprogramma{0}}specifiska, nevis vispārīga.

Dažādas nozares definē triecienizturību atšķirīgi.

Transporta virsbūvēs:

Izturība pret iekrāvēju un palešu triecieniem

Grīdas stingrības saglabāšana

Dzelzceļā un sabiedriskajā transportā:

Izturība pret vandālismu un gružiem

Pasažieru drošība sadursmes scenārijos

Jūras struktūrās:

Izturība pret peldošiem gružiem

Docking un manipulācijas triecieni

Moduļu ēkās:

Apstrādes un uzstādīšanas bojājumi

Ilgtermiņa{0}}pakalpojumu ietekme

Šūnveida serdes struktūras tiek pielāgotas katram scenārijam, pielāgojot ģeometriju, materiālu un sejas un serdes dizainu.

Mūsdienu trieciena inženierijas mērķis nav "bez bojājumiem". Tā mērķis ir:

Kontrolēti bojājumi

Paredzami atteices režīmi

Saglabāta strukturālā funkcija

Viegla pārbaude un remonts

Šūnveida struktūras ir labi piemērotas šai filozofijai, jo to šūnu raksturs dabiski lokalizē bojājumus.

Tā vietā, lai pārnestu trieciena enerģiju cauri visai struktūrai, viņi upurē nelielu reģionu, lai aizsargātu visu.

Triecienizturība šūnveida serdes konstrukcijās nav viens materiāla parametrs. Tas ir sistēmas īpašums, kas izriet no:

Serdes ģeometrija

Galvenā materiālā uzvedība

Sejas loksnes dizains

Interfeisa veiktspēja

Vides apstākļi

Tikai tad, ja šie elementi ir izstrādāti kopā, šūnveida struktūra var nodrošināt uzticamu trieciena veiktspēju.

Tāpēc profesionālajā inženiertehniskajā praksē triecienizturība tiek uzskatīta nevis par īpašību, bet gan par dizaina stratēģiju, kas iebūvēta visā sendvičpaneļu sistēmā no ģeometrijas līdz savienošanai un apkopes plānošanai.