ساخت و آزمون نمونه‌ها و حسگر آگزتيك شش‌ ضلعي به روش عددي و تجربي

Fabrication and testing of re-entrant auxetic samples and sensor: Numerically and experimentally

ساختارهاي آگزتيك (ضريب پواسون منفي) ساختارهايي هستند كه وقتي در جهت طولي تحت كشش (فشار) قرار مي‌گيرند در جهت عرضي دچار انبساط (انقباض) مي‌گردند.در اين كار، اثر هندسه ساختار شش‌ضلعي آگزتيك روي ضريب پواسون آنتحت بارگذاري كششي بزرگ به روش تجربي و عددي مورد بررسي قرار گرفته و نشان داده شده كه مكان و سفتي اتصال‌هاي چرخشي دو پارامتر جديد مهمي هستند كه روي مقدار ضريب پواسون تاثيرگذار هستند. ضريب پواسون با سفت‌ترشدن اتصال‌هاي چرخشي و دور شدن آن‌ها از وسط ساختار افزايش پيدا مي‌كند. بنابراين، با تغييردادن مكان و سفتي اتصال‌هاي چرخشي به راحتي مي‌توان ساختارهاي شش‌ضلعي آگزتيك با ضرايب پواسون متفاوت را به دست آورد كه امكان ساخت حسگرهاي پيزومقاوم با حساسيت‌هاي متفاوت را فراهم مي‌كند. حسگر آگزتيك پيزومقاوم كششي با حساسيت بالا براي كرنش‌هاي پايين از تركيب لاستيك سيليكون و الياف كربن خردشده ارائه شده‌است. كرنش جابجايي مقداري از كرنش مي‌باشد كه در آن ضريب پواسون ساختار از منفي به مثبت تغيير علامت مي‌دهد. حسگرهاي آگزتيكي ارائه‌شده، عملكرد فوق‌العاده خوبي تا كرنش تغيير دارند و بعد از آن رفتار معمولي از خود نشان مي‌دهند. اين بهبود در خواص حسي حدود 150% (بر حسب فاكتور اندازه) در قياس با حسگرهاي معمولي مي‌باشد.

Auxetic structures (negative Poisson’s ratio) are a group of materials that expand (contract) under tensile (compression) longitudinal loading. In this work, the effect of re-entrant auxetic structure geometry on Poisson’s ratio was investigated under large tensile loading experimentally and numerically and showed that the location and stiffness of rotation joints are two new important parameters affecting the value of Poisson’s ratio. Poisson's ratio increases as the rotation joints tighten and move away from the center of the structure. Therefore, by changing the location and stiffness of the rotation joints, it will be easy to obtain re-entrant auxetic structures with different Poisson's ratios, which makes it possible to build piezoresistant auxetic sensors with different sensitivities. A highly sensitive, stretchable piezoresistant auxetic sensor made of silicon rubber and chopped carbon fibers is proposed for low strain values. The main feature of this sensor is its high sensitivity for strains less than 6%, which previous works have been unable to detect this range of strains. Shifting strain is the value of strain in which the Poisson's ratio of the structure changes from negative to positive. The provided auxetic sensor performs exceptionally well until the shifting strain and then performs as conventional sensors. This improvement in sensing performance is about 150% (in terms of gauge factor).