A Numerical Approach to Buckling Behaviour of Auxetic Sandwich Structures

Abstract

Auxetic polymeric materials are a type of material that has a negative Poisson ratio (NPR). When elongated, they become wider, and when squeezed, they become narrower. Auxetic behaviour is a scale-independent property that can be achieved at various structural levels ranging from molecular to macroscopic. When compared to conventional materials, auxetic polymeric materials exhibit several distinct characteristics due to the NPR effect. A variety of auxetic polymeric materials have been designed and manufactured in recent years for a wide range of applications. However, there are still difficult issues that prevent auxetic materials from being used more widely. This article provides an update on recent developments in this field. Previous works on auxetics are thoroughly reviewed, including various auxetic cellular models, naturally observed auxetic behavior, various desirable auxetic properties, and potential applications. The focus is on the geometrical structures and models, design optimization as well as the specific properties and applications of the developed auxetic polymeric materials. Design optimization was achieved using different methods like a genetic algorithm (GA) and design topology. ANSYS R2 2021 (Complete ANSYS workbench Environment) would be used to model and simulate the buckling behaviour of auxetic structures and the critical buckling load will be determined. Different material properties would be simulated to make a comparison of the buckling behaviour of those materials. The thickness would also be altered to see the effect of the thickness of the auxetic cores on buckling behaviour. Stress and strain of the composite structure would be obtained for the results. Keywords: Auxetic, Poisson’s Ratio, Simulation, Stress, Strain, Modelling, Buckling

Auxetic polimerik malzemeler, negatif Poisson oranına (NPR) sahip bir malzeme türüdür. Uzatıldıklarında genişler ve sıkıştırıldıklarında daralırlar. Yardımcı davranış, molekülerden makroskopik olana kadar çeşitli yapısal seviyelerde elde edilebilen ölçekten bağımsız bir özelliktir. Geleneksel malzemelerle karşılaştırıldığında, yardımcı polimerik malzemeler NPR etkisinden dolayı birkaç farklı özellik sergiler. Son yıllarda çok çeşitli uygulamalar için çeşitli yardımcı polimerik malzemeler tasarlanmış ve üretilmiştir. Ancak yine de auxetic malzemelerin daha yaygın olarak kullanılmasını engelleyen zor sorunlar bulunmaktadır. Bu makale, bu alandaki son gelişmeler hakkında bir güncelleme sağlar. Çeşitli auxetic hücresel modeller, doğal olarak gözlemlenen auxetic davranış, çeşitli arzu edilen auxetic özellikler ve potansiyel uygulamalar dahil olmak üzere, auxetics üzerine önceki çalışmalar kapsamlı bir şekilde gözden geçirilmiştir. Odak noktası, geometrik yapılar ve modeller, tasarım optimizasyonu ve ayrıca geliştirilen yardımcı polimerik malzemelerin spesifik özellikleri ve uygulamalarıdır. Tasarım optimizasyonu, genetik algoritma (GA) ve tasarım topolojisi gibi farklı yöntemler kullanılarak sağlandı. Yardımcı yapıların burkulma davranışını modellemek ve simüle etmek için ANSYS R2 2021 (Complete ANSYS workbench Environment) kullanılacak ve kritik burkulma yükü belirlenecektir. Bu malzemelerin burkulma davranışlarının bir karşılaştırmasını yapmak için farklı malzeme özellikleri simüle edilecektir. Yardımcı çekirdeklerin kalınlığının burkulma davranışı üzerindeki etkisini görmek için kalınlık da değiştirilecektir. Sonuçlar için kompozit yapının gerilmesi ve gerilmesi elde edilecektir. Anahtar Kelimeler: Auxetic, Poisson Oranı, Simülasyon, Gerilim, Gerinim, Modelleme, Burkulma