ارائه یک ضریب تصحیح جهت بهبود تخمین نسبت پوآسون ساختار آگزتیک دو بعدی به کمک شبیه سازی و آزمایش

ساختارهای آگزتیک سازه‌های هستند که دارای نسبت پوآسون منفی هستند، از این رو استفاده از این سازه‌ها به دلیل رفتار منحصربه‌فردشان در صنایع هوایی و خودرویی رو به افزایش است. تخمین نسبت پوآسون در این ساختارها به منظور طراحی سازه‌های شخصی‌سازی شده مورد توجه است. برخی روابط تئوری جهت پیش‌بینی نسبت پوآسون سازه‌های آگزتیک دو بعدی ارائه شده است که به دلیل در نظر نگرفتن برخی پارامترهای هندسی از دقت کمی برخوردار هستند. در این پژوهش ابتدا یک مدل عددی بر پایه روش اجزا محدود به وسیله مقایسه و تحلیل نتایج آزمایشگاهی اعتبار سنجی می‌شود. به‌منظور اعتبار سنجی مدل عددی، نمونه‌ها در ابتدا به کمک یک چاپگر سه‌بعدی ساخته و به کمک روش پردازش تصویر نسبت پوآسون آن‌ها مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. سپس، با توجه به جدول طراحی متغیرهای هندسی، یک ضریب تصحیح بر پایه پارامترهای هندسی سازه به ویژه ضخامت اضلاع طوری تعریف می‌شود که در عین بی‌بعد بودن با کمترین تعداد پارامتر بتواند مدل تئوری را به بیشترین دقت در تخمین نسبت پوآسون برساند. نتایج نشان داد که با افزایش زاویه درونی و ضخامت اضلاع خطای رابطه تئوری افزایش می‌یابد که با در نظر گرفتن ضریب تصحیح ارائه شده تخمین نتایج بهبود قابل‌توجهی یافت به طوری که این ضریب می‌تواند خطای نتایج تئوری را از 800% به زیر 2% کاهش دهد.

A correction factor to improve Poisson’s ratio prediction of 2D auxetic structure using finite element analysis and experiment

Auxetic structures as a part of lattice structures are designed with a negative Poisson’s ratio. The use of these structures is increasing due to their customized behavior in the aerospace and automotive industries. Several theoretical relations have been proposed to predict Poisson’s ratio of 2D auxetic structures. Most simple relations could not predict the Poisson’s ratio with a reasonable accuracy due to the absence of structure thickness. In this work, a numerical model based on finite element method is first validated by experimental results. In order to verify the numerical model accuracy, the constructed model is validated by experiment. Samples are printed, and the Poisson’s ratio is measured using the DIC method during the compression test. A correction factor based on the geometrical parameters of the structure, especially the structure thickness, is then introduced. This dimensionless correction factor not only consists of the minimum number of parameters but also significantly improves the theatrical model accuracy. The results showed that the theoretical relation error is cumulated by increasing the structural angle and thickness. The present correction factor is successfully reduced the error of theoretical relation from 800% to less than 2%.