ความต้านทานแรงกระแทกในโครงสร้างแกนรังผึ้ง

ในการใช้งานทางวิศวกรรมหลายๆ อย่าง-ผลกระทบต่อตัวขนส่ง รถราง โครงสร้างทางทะเล ตู้ป้องกัน และอาคารโมดูลาร์-ไม่ใช่เหตุการณ์พิเศษ เป็นเรื่องปกติของอายุการใช้งาน

ผลกระทบเกิดขึ้นจาก:

รถยกและอุปกรณ์ขนย้าย

เศษซากและสเปรย์ถนน

กิจกรรมเครื่องมือและการบำรุงรักษา

การชนกันโดยอุบัติเหตุระหว่างการบรรทุก

การสั่นสะเทือน-ทำให้เกิดผลกระทบระดับจุลภาค-

การออกแบบเพื่อต้านทานแรงกระแทกจึงต้องคำนึงถึงแรงกระแทกเสมือนเป็นกรณีรับน้ำหนัก ไม่ใช่อุบัติเหตุที่เกิดขึ้นได้ยาก

โครงสร้างแกนรังผึ้งถูกนำมาใช้มากขึ้นในสภาพแวดล้อมเหล่านี้ เนื่องจากมีการผสมผสานน้ำหนักที่ต่ำเข้ากับการดูดซับพลังงานที่ควบคุมได้ อย่างไรก็ตาม พฤติกรรมผลกระทบไม่ได้เกิดขึ้นโดยบังเอิญ มันเป็นผลมาจากรูปทรงเรขาคณิต พฤติกรรมของวัสดุ ปฏิสัมพันธ์ของใบหน้าและแกนกลาง และการออกแบบส่วนต่อประสาน

ความต้านทานต่อแรงกระแทกมักถูกเข้าใจผิดว่าเป็น "ไม่แตกหักเมื่อถูกกระแทก" ในวิศวกรรมโครงสร้าง มีการกำหนดให้ชัดเจนยิ่งขึ้นว่าเป็นความสามารถของโครงสร้างในการ:

ดูดซับพลังงานจลน์

จำกัดแรงสัมผัสสูงสุด

ควบคุมขนาดความเสียหายและการแพร่กระจาย

รักษาภาระที่เหลือ-ความสามารถในการรับน้ำหนัก

แผงที่ทนต่อแรงกระแทกแต่สูญเสียความแข็งส่วนใหญ่ไปนั้นไม่สามารถต้านทานแรงกระแทกได้อย่างแท้จริง การต้านทานแรงกระแทกที่มีประสิทธิผลจะรักษาสมดุลระหว่างความทนทานต่อความเสียหายกับประสิทธิภาพหลังการกระแทก-

PP Honeycomb พร้อมผ้าไม่-

แกนรังผึ้ง PP เซลล์เปิด

แกนรังผึ้งดูดซับพลังงานส่วนใหญ่ผ่านการเสียรูปของผนังเซลล์ที่ก้าวหน้า

เมื่อได้รับผลกระทบ:

แผ่นหน้าเบี่ยงเบนไปในเครื่อง

โหลดการถ่ายโอนเข้าสู่แกนกลาง

ผนังเซลล์หัก พับ หรือบี้

พลังงานจะกระจายไปเนื่องจากการเสียรูปของพลาสติกหรือการแตกหักแบบควบคุม

กระบวนการยุบตัวแบบเป็นขั้นนี้จะกระจายพลังงานไปตามกาลเวลาและระยะทาง ช่วยลดแรงสูงสุด

กลไกการดูดซับพลังงานหลัก-ได้แก่:

การดัดงอของผนังเซลล์ในระยะแรก

การโก่งงอพลาสติกภายใต้แรงที่สูงกว่า

การบดขยี้แบบก้าวหน้ามากกว่าการล่มสลายอย่างกะทันหัน

เมื่อเปรียบเทียบกับแกนแข็ง โครงสร้างแบบรวงผึ้งจะสร้างเหตุการณ์ความล้มเหลวระดับไมโคร-หลายครั้ง แทนที่จะเป็นความล้มเหลวแบบภัยพิบัติเพียงครั้งเดียว

รูปทรงแกนเป็นตัวขับเคลื่อนหลักในการต้านทานแรงกระแทก

พารามิเตอร์ที่สำคัญได้แก่:

รูปร่างของเซลล์ (หกเหลี่ยม, สี่เหลี่ยม, เสริมแรง)

ขนาดเซลล์

ความหนาของผนัง

ความสูงของแกน

เซลล์ขนาดเล็กให้:

เส้นทางโหลดเพิ่มเติม

ไว้รองรับหน้าดีกว่า

ลดการเยื้องในท้องถิ่น

เซลล์ที่ใหญ่กว่า:

ดูดซับพลังงานในช่วงจังหวะที่ยาวขึ้น

แรงสูงสุดที่ต่ำกว่า

เสี่ยงต่อเขตความเสียหายในพื้นที่ที่ใหญ่กว่า

การควบคุมความหนาของผนัง:

ความต้านทานการโก่งงอ

พลังงานที่ดูดซับต่อเซลล์

การเปลี่ยนจากพฤติกรรมแบบยืดหยุ่นเป็นพลาสติก

ความสูงของแกนส่งผลต่อระยะการเปลี่ยนรูปในการดูดซับพลังงานกระแทก

นักออกแบบปรับแต่งรูปทรงเพื่อให้เข้ากับพลังงานกระแทกที่คาดหวัง แทนที่จะแค่เพิ่มความแข็งแกร่งให้สูงสุด

แผ่นหน้าเป็นแนวป้องกันแรก

หน้าที่ประกอบด้วย:

กระจายแรงติดต่อในพื้นที่

ป้องกันการแทรกซึม

การควบคุมรูปร่างการโก่งตัวเริ่มต้น

พฤติกรรมการกระแทกขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของแผ่นหน้าเป็นอย่างมาก:

ความแข็งสูงจะกระจายภาระไปยังเซลล์จำนวนมากขึ้น

มีความเหนียวสูงทนต่อการแตกร้าว

ความหนาที่เพียงพอป้องกันการเจาะเฉพาะที่

แผ่นหน้าแข็งเกินไปสามารถถ่ายเทแรงสูงสุดเข้าไปในแกน ส่งผลให้แกนเสียหายได้ แผ่นหน้าที่นิ่มเกินไปทำให้เกิดการเยื้องมากเกินไปก่อนที่พลังงานจะไปถึงแกนกลาง

การออกแบบที่ทนทานต่อแรงกระแทก-ทำให้ความแข็งของผิวหน้าสมดุลกับความสามารถในการเปลี่ยนรูปของแกนกลาง

การต้านทานแรงกระแทกไม่ได้เป็นเพียงคุณสมบัติของแกนกลางหรือแผ่นหน้าเพียงอย่างเดียว ขึ้นอยู่กับว่าพวกเขาโต้ตอบกันอย่างไร

ประเด็นสำคัญ ได้แก่ :

ความแข็งแรงของพันธะระหว่างใบหน้าและลำตัว

ความสามารถของอินเทอร์เฟซในการถ่ายโอนแรงเฉือนระหว่างการโหลดอย่างรวดเร็ว

ความต้านทานต่อการหลุดออกภายใต้ความเครียดแบบไดนามิก

หากอินเทอร์เฟซล้มเหลวก่อนกำหนด แกนกลางจะไม่สามารถมีส่วนร่วมในการดูดซับพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ จากนั้นแผงจะมีลักษณะเหมือนแผ่นบางๆ บนช่องว่าง ซึ่งทำให้เกิดการโก่งตัวมากและมีความแข็งแรงตกค้างต่ำ

การเลือกกาวและการเตรียมพื้นผิวจึงส่งผลต่อ-การตัดสินใจที่สำคัญ

ผลกระทบทั่วไป-โหมดความล้มเหลวที่เกี่ยวข้อง ได้แก่:

แผ่นหน้าแตกหรือทะลุ

การบดแกนท้องถิ่น

การยุบตัวของแกนเฉือน

การหลุดลอกของแกนใบหน้า

การหลุดร่อนภายในใบหน้าคอมโพสิต

โหมดใดที่ครอบงำขึ้นอยู่กับ:

พลังงานกระแทกและรูปร่างของตัวกระแทก

รูปทรงและวัสดุหลัก

แผ่นหน้ามีความแข็งและความเหนียว

คุณภาพของพันธะ

การออกแบบทางวิศวกรรมมีจุดมุ่งหมายเพื่อส่งเสริมการบดแกนแบบก้าวหน้ามากกว่าการแตกหักที่เปราะหรือความล้มเหลวของอินเทอร์เฟซ

พฤติกรรมการกระแทกจะแตกต่างกันมากขึ้นอยู่กับความเร็ว

ผลกระทบที่ความเร็วต่ำ-(เครื่องมือ อุปกรณ์ขนย้าย กิจกรรมของมนุษย์):

การเสียรูปขนาดใหญ่ขึ้น

ระยะเวลาการติดต่อนานขึ้น

การบดแกนและการดัดหน้ามากขึ้น

ผลกระทบที่ความเร็วสูง-(เศษหิน กระสุนปืน):

เวลาติดต่อสั้น

ความเครียดในท้องถิ่นที่สูงขึ้น

มีความเสี่ยงมากขึ้นที่ใบหน้าจะทะลุหรือแตกร้าว

โครงสร้างรังผึ้งมีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบการกระแทกที่ความเร็วต่ำ- ถึงปานกลาง- ซึ่งการบดแบบก้าวหน้าสามารถพัฒนาได้เต็มที่

การต้านทานแรงกระแทกที่ความเร็วสูง-มักต้องการ:

แผ่นหน้าแกร่ง

ชั้นนอกแข็ง

การออกแบบแกนไฮบริด

เรขาคณิตเป็นสิ่งสำคัญ แต่พฤติกรรมของวัสดุก็มีความสำคัญเช่นกัน

วัสดุหลักทั่วไป ได้แก่ :

อลูมิเนียม

เทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์

คอมโพสิตเทอร์โมเซต

วัสดุที่ทำจากกระดาษ-

แกนเทอร์โมพลาสติก:

แสดงการเสียรูปแบบเหนียว

ดูดซับพลังงานผ่านการไหลของพลาสติก

ต้านทานการแพร่กระจายของรอยแตก

แกนอลูมิเนียม:

ให้ความแข็งเริ่มต้นสูง

ดูดซับพลังงานผ่านการพับ

สามารถทนทุกข์ทรมานจากพฤติกรรมเปราะที่อุณหภูมิต่ำ

แกนกระดาษ-:

ทนต่อแรงกระแทกต่ำ

สูญเสียกำลังอย่างรวดเร็วเมื่อเสียหายหรือเปียก

การเลือกใช้วัสดุเป็นตัวกำหนดว่าการดูดซับพลังงานเป็นแบบยืดหยุ่น พลาสติก หรือแบบเปราะ

ความท้าทายอย่างหนึ่งของแผงรังผึ้งก็คือความเสียหายจากแรงกระแทกอาจถูกซ่อนไว้

รอยบุบเล็กๆ บนพื้นผิวอาจสอดคล้องกับการบดหรือการหลุดของแกนภายในอย่างมีนัยสำคัญ นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในโครงสร้างที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัย-

กลยุทธ์การออกแบบและบำรุงรักษาประกอบด้วย:

แผ่นปิดหน้าที่แสดงรอยบุบที่มองเห็นได้เมื่อเกิดความเสียหายภายใน

วิธีการตรวจสอบแบบไม่ทำลาย-

กำหนดขีดจำกัดความทนทานต่อความเสียหาย

ความต้านทานต่อแรงกระแทกไม่เพียงแต่รวมถึงแรงกระแทกที่ยังหลงเหลืออยู่เท่านั้น แต่ยังช่วยให้ตรวจพบความเสียหายได้ก่อนที่ฟังก์ชันโครงสร้างจะถูกทำลาย

แผงที่ทนทานต่อแรงกระแทก-อย่างแท้จริงจะรักษาความแข็งแรงในการใช้งานหลังจากถูกกระแทก

มาตรการสำคัญ ได้แก่ :

คงเหลือความฝืดในการดัดงอ

แรงเฉือนที่เหลืออยู่

ความสามารถในการรับน้ำหนักการออกแบบ

โครงสร้างรังผึ้งมักจะรักษาความสามารถในการรับน้ำหนักได้มากหลังจากเกิดความเสียหายเฉพาะที่ เนื่องจาก:

ความเสียหายมีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่น

เซลล์ที่ไม่เสียหายยังคงรับน้ำหนักต่อไป

การพังทลายแบบก้าวหน้าจำกัดการเติบโตของรอยแตกร้าว

เกณฑ์การออกแบบไม่เพียงแต่ระบุพลังงานกระแทกเพื่อความอยู่รอดมากขึ้นเท่านั้น แต่ยังระบุถึงความแข็งแกร่งที่เหลืออยู่หลังจากการกระแทกอีกด้วย

ความต้านทานแรงกระแทกจะต้องได้รับการตรวจสอบผ่านการทดสอบ

วิธีการทั่วไปได้แก่:

การทดสอบการตกกระแทก-น้ำหนัก

การทดสอบแรงกระแทกด้วยเครื่องมือ

การทดสอบแรงกระแทกซ้ำๆ

การทดสอบทางกลหลังการกระแทก

การทดสอบจะดำเนินการที่:

พลังงานที่แตกต่างกัน

อุณหภูมิที่แตกต่างกัน

ระดับความชื้นที่แตกต่างกัน

เนื่องจากพฤติกรรมการกระแทกมีความอ่อนไหวต่อรูปทรงและวัสดุ การทดสอบจึงมักเป็นการใช้งานเฉพาะ-มากกว่าแบบทั่วไป

อุตสาหกรรมต่างๆ กำหนดความต้านทานแรงกระแทกแตกต่างกัน

ในหน่วยงานขนส่ง:

ทนทานต่อแรงกระแทกของรถยกและพาเลท

การรักษาความแข็งของพื้น

ในเส้นทางรถไฟและการขนส่งสาธารณะ:

ความต้านทานต่อการป่าเถื่อนและเศษซาก

ความปลอดภัยของผู้โดยสารภายใต้สถานการณ์การชนกัน

ในโครงสร้างทางทะเล:

ความต้านทานต่อเศษซากที่ลอยอยู่

การเทียบท่าและการจัดการผลกระทบ

ในอาคารโมดูลาร์:

การจัดการและความเสียหายในการติดตั้ง

ผลกระทบต่อบริการระยะยาว-

โครงสร้างแกนรังผึ้งได้รับการปรับให้เข้ากับแต่ละสถานการณ์โดยการปรับรูปทรง วัสดุ และการออกแบบแกนหน้า

วิศวกรรมแรงกระแทกสมัยใหม่ไม่ได้มุ่งเป้าไปที่ "ไม่มีความเสียหาย" มันมีจุดมุ่งหมายเพื่อ:

ความเสียหายที่ควบคุมได้

โหมดความล้มเหลวที่คาดการณ์ได้

ฟังก์ชั่นโครงสร้างที่คงไว้

ตรวจสอบและซ่อมแซมได้ง่าย

โครงสร้างแบบรังผึ้งเหมาะสมอย่างยิ่งกับปรัชญานี้ เนื่องจากธรรมชาติของเซลล์ของพวกมันจะจำกัดความเสียหายตามธรรมชาติ

แทนที่จะถ่ายโอนพลังงานกระแทกผ่านโครงสร้างทั้งหมด พวกเขาเสียสละพื้นที่เล็กๆ เพื่อปกป้องทั้งส่วน

ความต้านทานแรงกระแทกในโครงสร้างแกนรังผึ้งไม่ใช่พารามิเตอร์วัสดุตัวเดียว เป็นคุณสมบัติของระบบที่เกิดจาก:

เรขาคณิตหลัก

พฤติกรรมของวัสดุหลัก

การออกแบบแผ่นหน้า

ประสิทธิภาพของอินเทอร์เฟซ

สภาพแวดล้อม

เฉพาะเมื่อองค์ประกอบเหล่านี้ได้รับการออกแบบร่วมกันเท่านั้นจึงจะสามารถให้โครงสร้างแบบรังผึ้งให้ประสิทธิภาพการกระแทกที่เชื่อถือได้

ในการปฏิบัติงานด้านวิศวกรรมระดับมืออาชีพ การต้านทานแรงกระแทกจึงไม่ได้ถือเป็นคุณสมบัติ แต่เป็นกลยุทธ์การออกแบบที่สร้างไว้ในระบบแผงแซนวิชทั้งหมด ตั้งแต่รูปทรงไปจนถึงการยึดติด ไปจนถึงการวางแผนการบำรุงรักษา