بررسي تجربي رفتار مكانيكي ساختار اينفينيتي الهام گرفته شده از پيله كرم ابريشم و مقايسه آن با ساختار ميله اي جهت استفاده در ساختارهاي سلولي معماري

Investigating the mechanical behavior of the infinity structure inspired by the silkworm cocoon and comparing it with the rod structure for use in architectural cellular structures

ساختارهاي سلول باز، ساختارهاي سلولي معماري شده اي با يك هندسه تناوبي تعيين شده مي باشند. پيله كرم ابريشم مي تواند به عنوان يك ساختار طبيعي جهت طراحي سلولهاي ساختار باز مورد استفاده قرار گيرد.پيله ابريشم از يك ساختار سلسه مراتبي با عملكرد چندگانه تشكيل شده است كه طي ميليون ها سال جهت ايجاد شرايط بهينه براي دگرديسي و حفظ جان حشره در مقابل شكارچيان تكامل يافته است. در اين مقاله با الهام گيري از ساختار حلقه اينفينيتي كه توسط كرم ابريشم در ساخت پيله بكار مي رود، ساختارهايي سلول باز، جهت بررسي خواص مكانيكي طراحي شد. به اين منظور براساس فرمول ماكسول در طراحي ساختارهاي سلول باز ميله اي، نمونه هاي مختلف تشكيل شده از ميله هاي مستقيم و يا ساختار داراي حلقه اينفينتي با پارامترهاي متفاوت با استفاده از روش چاپ FDM ساخته شد. پس از ساخت قطعات، آزمون تنش كششي محوري بر روي نمونه ها انجام گرفت. نتايج بدست آمده نشان داد كه ساختارهاي سلولي طراحي شده براساس حلقه هاي بكار رفته در پيله كرم ابريشم بصورت تك لايه غير ايزوتروپيك بوده و رفتار مكانيكي متفاوتي در جهات مختلف از خود نشان مي دهند. اگرچه ساختارهاي سلولي اينفنيتي از مدول كششي و استحكام كمتري برخوردارند اما كرنش الاستيك بزرگتر و روند تدريجي شكست و در نتيجه تبديل مدول كششي به خمشي در اين ساختار از مزاياي مهم آنها به حساب مي آيد كه در كاربردهاي مختلف مانند ساندويچ پنل هاي ساختماني كه وظيفه تحمل بار را ندارند، مي توانند مورد توجه قرار بگيرند.

Open cell structures are architectural cell structures with a determined periodic geometry that can be designed parametrically based on mathematical models or simulations of nature. The silkworm cocoon can be used as a natural structure to design open structure cells. The silk cocoon consists of a hierarchical structure with multiple functions, which have evolved over millions of years to create optimal conditions for metamorphosis and preserving the life of the insect against Predators. In this article, inspired by the infinite loop structure used by silkworms in making cocoons, open cell structures were designed to investigate mechanical properties. For this purpose, based on Maxwell's formula in the design of rod open cell structures, different samples consisting of straight rods or infinity ring structures with different parameters were made using FDM 3D printing method. After manufacturing the parts, the axial tensile stress test was performed on the samples. The obtained results showed that the cell structures designed based on the rings used in the silkworm cocoon are non-isotropic single layers. Although the infinite cell structures have a lower tensile modulus and strength, the larger elastic strain and the gradual process of failure, and as a result, the conversion of the tensile modulus to bending in this structure, is considered one of their important advantages, which are used in various applications such as building sandwich panels that bear the duty They don't have the burden, they can be noticed.