ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕРЫ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ В ПЛАСТИНКАХ С ДВУМЕРНОЙ АУКСЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРОЙ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕРЫ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ В ПЛАСТИНКАХ С ДВУМЕРНОЙ АУКСЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРОЙ
DOI:
https://doi.org/10.22337/2587-9618-2025-21-1-189-199Ключевые слова:
стереолитографическая печать, тетракиральная сотовая структура, повторно-входящая сотовая структура, внутреннее трение, метод импульсного возбужденияАннотация
Анализ релаксационных явлений, происходящих в металлах, сплавах и композитах, является важной проблемой современного материаловедения. В данной статье представлены результаты экспериментов по определению меры внутреннего трения по технике импульсного возбуждения (IET) в образцах с различной двумерной ауксетической структурой, а именно тетракиральной и повторно-входящей. IET – это продвинутый метод измерения таких характеристик материалов, как динамические модули упругости и сдвига, динамический коэффициент Пуассона и внутреннее трение, для исследования процессов деформации, разупрочнения, механизмов релаксации и фазовых превращений в различных материалах. Образцы изготавливаются по технологии стерлитографии из фотополимерной смолы. Авторами были испытаны по пять серий образцов каждой структуры, которые отличаются между собой относительной плотностью. По результатам испытаний определена зависимость внутреннего трения от плотности образца. Из анализа полученных данных установлено, что повторно-входящая структура обладает более высокой мерой внутреннего трения что говорит о более выраженных вязкоупругих свойствах, что в свою очередь означает о большей способности повторно-входящей структуры гасить энергию, возникающую при динамическом воздействии. Значения меры внутреннего трения для повторно-входящей структуры в пиковой точке превышает аналогичные значения для тетракиральной структуры в 6.44 раза. При этом c увеличением относительной плотности структуры мера внутреннего трения уменьшается независимо от вида рассмотренных структур.
Библиографические ссылки
Rossikhin Yu.A., Shitikova M.V. Applica-tions of fractional calculus to dynamic prob-lems of linear and nonlinear hereditary me-chanics of solids // Applied Mechanics Re-views, 1997, vol. 50, no. 1, pp. 15–67.
Rossikhin Yu.A., Shitikova M.V. Application of fractional calculus for dynamic problems of solid mechanics: Novel trends and recent results // Applied Mechanics Reviews, 2010, vol. 63, no. 1, pp. 1–52.
Shitikova M.V. Fractional operator viscoelas-tic models in dynamic problems of mechanics of solids: A review // Mechanics of Solids, 2022, vol. 57, pp. 1–33.
Shitikova M.V., Krusser A.I. Models of vis-coelastic materials: A review on historical de-velopment and formulation // Advanced Struc-tured Materials, 2022, vol. 175, pp. 285–326.
Barpi F., Valente S. Creep and fracture in concrete: a fractional order rate approach // Engineering Fracture Mechanics, 2002, vol. 70, no. 5, pp. 611–623.
Huang W., Zhan H., Xu L., Xu Z., Zeng J. Investigation on microstructure and internal friction for low density TiB2/ZL114 compo-sites // Acta Metallurgica Sinica, 2009, vol. 22, pp. 211–218.
GB/T 13665-2007 2007 Test Method for Damping Capacity of Metallic Damping Mate-rials – Torsion Pendulum Method and Bending Vibration Method (Standardization Admin-istration of China)
Zhang С., Zhu Z., Zhu S., He Z., Zhu D., Liu J., Meng S. Nonlinear creep damage con-stitutive model of concrete based on fractional calculus theory // Materials, 2019, vol. 12, no. 9, Article ID 1505.
Yao L., Ren L., Gong G. Time-fractional model of chloride diffusion in concrete: analy-sis using meshless method // Advanced Mate-rials and Science Engineering, 2020, vol. 2020, pp. 1–9.
Shitikova M.V., Popov I.I., Rossikhin Yu.A. Theoretical and experimental evidence of the bulk relaxation peak on the loss tangent versus frequency diagrams for concrete // Mechanics of Advanced Materials and Structures, 2022, vol. 30, no. 2, pp. 332–341.
Oeser M., Pellinen T., Scarpas T., Kasbergen C. Studies on creep and recovery of rheological bodies based upon conventional and fractional formulations and their applica-tion on asphalt mixture // International Journal of Pavement Engineering, 2008, vol. 9, no. 5, pp. 373–386.
Yin Y., Yang Z., Shi M. Circular arc rules of complex plane plot for model parameters de-termination of viscoelastic material // Mechan-ics of Time-Dependent Materials, 2021, vol. 25, no. 4, pp. 631–643.
Olard F., Di Benedetto H. General “2S2P1D” model and relation between the linear viscoe-lastic behaviours of bituminous binders and mixes // Road Materials and Pavement Design, 2003, vol. 4, pp. 185–224.
Yin Y., Yang Z., Shi M. Dynamic mechanical response for bituminous mixtures in wide fre-quency range // IOP Conference. Series Mate-rials and Science Engineering, 2019, vol. 592, ArticleID 012059.
Yin Y., Yang Z., Shi M. Analytical expression of complex modulus for viscoelastic material // International Journal of Applied Mechanics, 2020, vol. 12, no. 5, ArticleID 20500
Katicha S.W., Apeagyei A.K., Flintsch G.W., Loulizi A. Universal linear viscoelastic approximation property of fractional viscoelas-tic models with application to asphalt concrete // Mechanics of Time-Dependent Materials, 2014, vol. 18, no. 3, pp. 555–571.
Quan W., Zhao K., Ma X., Dong Z. Frac-tional viscoelastic models for asphalt concrete: from parameter identification to pavement me-chanics analysis // Journal of Engineering Me-chanics, 2022, vol. 148, ArticleID 04022036.
Popov I.I., Levchenko A.V. Experimental investigation of internal friction in rubber con-crete and fiber-reinforced rubber concrete // Russian Journal of Building Construction and Architecture, 2021, vol. 52, pp. 53–62.
Wang X., Petru M., Xia L. Modeling the dy-namics behavior of flax fiber reinforced com-posite after water aging using a modified Huet-Sayegh viscoelastic model with fraction-al derivatives // Construction and Building Materials, 2021, vol. 290, pp. 122879–122876.
Guo X., Yan G., Benyahia L., Sahraouri F. Fitting stress relaxation experiments with frac-tional Zener model to predict high frequency moduli of polymeric acoustic foams // Me-chanics of Time-Dependent Materials, 2016, vol. 20, no. 4, pp. 523–533.
Pawlak Z.M., Denisiewicz A. Identification of the fractional Zener model parameters for a viscoelastic material over a wide range of fre-quencies and temperatures // Materials, 2021, vol. 14, no. 22, ArticleID 7024.
Popov I.I., Rossikhin Yu.A., Shitikova M.V., Chang T.-P. Impact response of a viscoelastic beam considering the changes of its micro-structure in the contact domain // Mechanics of Time-Dependent Materials, 2015, vol. 19, no. 4, pp. 455–481.
Rossikhin Yu.A., Shitikova M.V. Fractional calculus models in dynamic problems of vis-coelasticity. In: D. Baleanu, A.M. Lopes, (Eds.) // Handbook of Fractional Calculus with Applications. Vol. 7: Applications in Engi-neering, Life and Social Sciences, Part A, De Gruyter, Berlin, Boston, 2019. pp. 139–158.
Yang X., Cai W., Liang Y., Holm S. A novel representation of time-varying viscosity with power-law and comparative study // Interna-tional Journal of Non-Linear Mechanics, 2020, vol. 119, ArticleID 103372.
Prem M. S., Klanner M., Ellermann K. Identification of fractional damping parame-ters in structural dynamics using polynomial chaos expansion // Applied Mechanics, 2021, vol. 2, no. 4, pp. 956–975.
Ren Z., Atalla N., Ghinet S. Optimization based identification of the dynamic properties of linearly viscoelastic materials using vibrating beam techniques // Journal of Vibration and Acoustics, 2011, vol. 133, no. 4, ArticleID 041012.
Roebben G., Bollen B., Brebels A., Van Humbeeck J., Van der Biest O. Impulse ex-citation apparatus to measure resonant fre-quencies, elastic moduli, and internal friction at room and high temperature // Review of Scientific Instruments, 1997, vol. 68, no. 12, pp. 4511–4515.
Popov I.I., Shitikova M.V. Impulse excitation technique and its application for identification of material damping: an overview // IOP Con-ference Series Material Science and Engineer-ing, 2020, vol. 962, ArticleID 022025.
Rossikhin Yu.A., Shitikova M.V. Application of fractional calculus for analysis of non-linear damped vibrations of suspension bridges // Journal of Engineering Mechanics, 1998, vol. 124, pp. 1029–1034.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 International Journal for Computational Civil and Structural Engineering
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-ShareAlike» («Атрибуция — Некоммерческое использование — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
