Bu tədqiqat, zərbə altında sertleşebilən kəsmə qalınlaşan jeli karbon lif və negatif Poisson nisbətlı üçölçülü bir hüceyrəli skeletle birleştiren çox komponentli bir sendviç kompozit geliştirmiştir. Sistemin yumuşak nüvə komponenti olan kəsmə qalınlaşan jel, düşük yükleme sürətlarında şəkil değiştirebilmekte; yüksek sürətlarda isə daha elastik və daha müqavimətli bir davranış göstərir. Tədqiqatçılar, jelin düşük sürətli akma və məhdud yük taşıma problemlarını azaltmak amacıyla səthi polidopaminle kaplanmış qısa karbon lifler kullanmış, ortaya çıkan kompoziti üçölçülü çapyla üretilən negatif Poisson nisbətlı bir iskeletin üçüne yerleştirmiştir.

Karbon fiberlerin polidopaminle kaplanması səthde daha pürüzlü, hissəciklı bir tabaka yaratmışdır. Bu tabakanın karbon lif ilə jel arasındaki ıslanabilirliği və gərginlik aktarımını geliştirdiği dəyərləndirilmişdir. Farklı fiber nisbətları üçünde kütləcə %2 CF@PDA içeren 2CFP-STG, düşük tezliktaki ən yüksək saxlama modulunü göstərmişdir. 0,01 Hz’də saxlama modulu 0,186 MPa’ya ulaşmış; töhfəsiz jelin 0,0162 MPa dəyərine görə təxminən %1.048 artmışdır.

Üç boyutlu baskılı nüvəlerde iki fərqli geometri qarşılaştırılmıştır. Negatif Poisson nisbətlı, yani auksetik NPR hüceyrələri sıxma ardıcıllıqsında yanal kimi içeri doğru daralmakta və dolgu materialsini zərbə bölgesine doğru sıxmaktadır. Pozitif Poisson nisbətlı PPR kontrol hüceyrələri isə geleneksel biçimde yanal kimi genişlemektedir. %5,32 sıxma deformasiyainde NPR-2CFP-STG hüceyrəsinin gerilmesi 0,151 MPa, PPR-2CFP-STG hüceyrəsinin gerilmesi 0,067 MPa kimi ölçülmüşdür. Böylece NPR sistemi eyni deformasiyade təxminən 2,25 kat daha yüksek yük taşımıştır.

10 J düşən şəbəkəırlıq təcrübəinde NPR-2CFP-STG, PPR qarşılığına görə daha yüksek cavab qüvvəsi və daha düşük çökme göstərmişdir. Tepe kuvveti 1.861,1 N’dan 3.122,9 N’a yükselirken maksimum yerdəyişmə 8,83 mm’den 5,98 mm’ye, kontakt müddəti isə 14,70 ms’den 9,83 ms’ye düşmüşdür. Bunun əksinə PPR nümunəsinin görünən enerji sönümləmə dəyəri 8,44 J və səmərəi %85,21; NPR nümunəsinin dəyərləri isə 8,32 J və %78,94 olmuştur. Bu nəticə, NPR’nin enerjiyi mutlaka daha fazala tüketmesinden ziyade daha yüksek struktur destek sşəbəkəlayarak yerli çökme və nüfuzu sınırlandırdığını göstərir.

30 J zərbə altında iki geometri arasındaki hasar farkı aydınleşmiştir. PPR-2CFP-STG’də kaydedilən yer değiştirme 41,21 mm’ye ulaşmış və təxminən 27 mm kalınlığındaki nümunə tamamen iki parçaya ayrılmışdır. NPR-2CFP-STG’də yer değiştirme 23,43 mm’də kalmış; nüvəte çatlama oluşmasına rşəbəkəmen kompozit genel bütünlüğünü qorumuşdur. Aynı noktaya tətbiq edilən üç ardıcıl 10 J zərbə sonrasında NPR sistemi görünən enerji sönümləmə dəyərini 7,97–8,34 J aralığında korumuş, lakin üçüncü zərbəde pik qüvvənin düşmesi və yer değiştirmenin artması rijitlik kaybının başladığını göstərmişdir.

Tədqiqatın ana sonucu, polidopamin kaplı karbon lifin jelin yük taşıma davranışını geliştirdiği; negatif Poisson nisbətlı iskeletin isə zərbəde geometrik sıxma, yer değiştirme sınırlaması və hasarın geciktirilmesi baxınmından belirleyici olduğu yönündedir. Bununla belə yüksek pik qüvvə, her koruma tətbiqsında istenen bir nəticə değildir. Sistem, kuvvet izolyasiyaından çox delinme müqaviməti, səth desteği və məhdud yer değiştirme gereken tətbiqlar üçün daha uygun görünmektedir.

Türkiyə baxımından: Bu yaklaşım Türkiyədə havacılık və uzay komponentləri, otomotiv batareya muhafazaaları, raylı sistem panelleri, sənaye makine koruyucuları, hassas ekipman ambalajları və hafif zərbə möhkəmliklı kompozitlerin geliştirilmesi açistilikndan araşdırma dəyəri daşıyır. Türkiyədə tətbiq üçün yerli reçine, karbon lif və eklemeli imalat materiallariyle yeniden istehsal; hüceyrə kütləsi və bşəbəkəıl sıxlığı eşitlenmiş NPR-PPR müqayisəları; fərqli temperatur və nem şərtlərı; yaşlandırma, yorulma və çox noktalı zərbə; daha geniş nümunələr; sonlu element modelləşdirməsi və bşəbəkəımsız laboratoriya tekrarları lazımdır. Tədqiqatdan ballistik koruma, partlayış inamliği, insan vücuduna aktarılan kuvvetin inamli olduğu, seri istehsal maya dəyəriinin uygunluğu və ya gerçek uçak və araç parçalarında sertifikasyon sonucu çıkarılamaz.

Kesme kalınlaşan jel nedir?

Kesme kalınlaşan jel, tətbiq edilən deformasiyaun sürətina görə mekanik davranışı değişen yumuşak bir materialdir. Düşük yükleme sürətlarında axınşkan və ya esnek bir struktur gibi davranabilirkən yüksək sürətli sıxma, çekme və ya kesme altında iç müqaviməti sürətla yükselmektedir. Bu nedenle material hem normal kullanım ardıcıllıqsında uyumlu və şəkil değiştirebilir, hem də ani zərbə ardıcıllıqsında daha sert bir tepki verebilir.

Tədqiqatda STG, dimetil silikon yşəbəkəı ilə borik asidin kütləcə 10:1 nisbətinda karıştırılması və 240 °C’də reaksiyaye sokulmasıyla hazırlanmışdır. Bu sistemde bor atomları ilə silikon yşəbəkəı zincirlerindeki oksijen içeren gruplar arasında dinamik bşəbəkəların meydana geldiği düşünülmektedir. Bşəbəkəlar yavaş deformasiya altında ayrılıp yeniden oluşabilirken sürətli yükleme altında molekulyar zincirlerin hareketi sınırlandırılmakta və geçici kimi daha sert bir şəbəkə ortaya çıkmaktadır.

STG’nin tek başına iki təməl məhdudlığı bulunmaktadır:

• Düşük sürətlarda zamanla akabilmesi və şeklini koruyamaması.
• Bir sendviç quruluşda yüksek struktur yükleri tek başına taşıyamaması.

Tədqiqatçılar ilk problemu karbon lif takviyesi, ikinci problemu isə üçölçülü hüceyrəli skelet istifadəsiyla azaltmayı hədəfləmişdir.

Karbon fiber neden polidopaminle kaplanmıştır?

Karbon fiber yüksek elastisite modulü, yüksek möhkəmlik və düşük sıxlıq nedeniyle kompozitlerin güçlendirilmesinde yaygın kimi istifadə edilən bir materialdir. Lakin karbon lif səthi kimyəvi kimi görəce etkisizdir. Fiber ilə yumuşak jel arasında yetərli ara yüz etkiləşimi oluşmadığında yükün matristen fibere aktarılması məhdud kalabilir və fiberler gerçek takviye potensialıni tam kimi gösteremez.

Polidopamin, midyelerin səthlere tutunmasını sşəbəkəlayan kimyəvi strukturlardan esinlenen, fərqli materiallarin üzerine çökelebilən strukturşkan bir kaplama materialsidir. Katekol, amin və diğer polar grupları sayesinde karbon lif səthini daha etkin hâle getirebilir.

Tədqiqatda istifadə edilən qısa karbon liflerin:

• Uzunluğu 1 mm,
• Çapı 7 µm,
• Ürün sinifı Toray T700’dür.

Kaplama işleminde karbon liflər Tris-HCl tampon çözeltisi üçünde 10 dəqiqə dşəbəkəıtılmıştır. Daha sonra dopamin çözeltisi damla damla eklenmiş, 2 mL və 0,5 mol/L konsentrasiyaindeki NaOH çözeltisiyle bazik ortam hazırlanmış və karışım 24 saat karıştırılmıştır. Elde edilən polidopamin kaplı karbon lif “CF@PDA” və ya kısaca “CFP” kimi adlandırılmıştır.

Metin çözeltinin pH dəyərini 8 kimi məlumatrken 7. sayfadaki Şekil 3’ün hazırlama şemasında pH 8,5 yazmaktadır. Həmçinin dopamin və Tris-HCl çözeltilərinin konsentrasiyaleri bildirilmemiştir. Bu iki əskiklik, eyni kaplama kalınlığının başka bir laboratoriyada yeniden elde edilmesini güçleştirmektedir.

SEM görüntüləri ne göstərir?

Tədqiqatın 7. sayfasındaki Şekil 3(b), işlenmemiş karbon lif ilə polidopamin kaplı fiberi müqayisəktadır. İşlenmemiş fiber səthinde istehsal yönüne paralel düzgün oluklar görülmektedir. Kaplama sonrasında səth daha kaba hâle gelmiş və yoğun hissəciklı bir tabakayla kaplanmıştır.

Bu görüntülər polidopamin tabakasının oluştuğunu desteklemektedir. Yüzey pürüzlülüğünün artması jel ilə fiber arasında daha fazala mekanik tutunma alanı sşəbəkəlayabilir. Bunun əksinə tədqiqatda:

• Kaplama kalınlığı,
• Yüzey temas açistilik,
• Yüzey kimyası üçün XPS,
• Fiber-jel ara yüz kesme möhkəmliyi,
• Kaplamanın dövrsel yük altında sabitlığı

birbaşa ölçülmemiştir. Bu nedenle “ara yüz bşəbəkəlanmasının güçlendiği” sonucu, səth görüntüləri ilə makroskopik reoloji və sıxma nəticələrinın birlikte yorumlanmasına dayanmaktadır.

CFP-STG kompozitleri nasıl hazırlanmışdır?

Kaplanmış fiberler STG üçüne iki valikli qarışdırıcı istifadə edilərək dşəbəkəıtılmıştır. Kompozitler XCFP-STG biçiminde adlandırılmış; X dəyəri karbon lif töhfəsinın kütləcə yüzdesini ifade etmiştir. İncelenen nisbətlar:

• 1CFP-STG: kütləcə %1 CF@PDA,
• 2CFP-STG: kütləcə %2 CF@PDA,
• 4CFP-STG: kütləcə %4 CF@PDA,
• 6CFP-STG: kütləcə %6 CF@PDA.

Ana mətnde töhfə yüzdesinin yalnızca STG kütləsine mi yoksa toplam kompozit kütləsine mi görə hesaplandığı açık biçimde tanımlanmamıştır. İki merdaneli qarışdırmanın müddəti, merdane sürəti, merdane aralığı və temperaturu da məlumatlmemiştir.

STG’nin tezlika bşəbəkəlı davranışı

Tədqiqatın 7. sayfasındaki Şekil 3(c), STG’nin saxlama modulu G′ ilə itki modulu G″ dəyərlərini 0,01–100 Hz tezlik aralığında göstərir.

• Depolama modulü G′: Malzemenin elastik kimi depoladığı enerjiyi və katı benzeri davranışı temsil eder.
• Kayıp modulü G″: Viskoz axınş və iç sürtünmeyle tüketilən enerjiyi temsil eder.

Frekans yükseldikçe STG’nin saxlama modulu artmışdır. Yaklaşık 3 Hz’nin üzərində G′ dəyəri G″ dəyərini aşmış və material viskoz davranışın baskın olduğu durumdan elastik davranışın baskın olduğu duruma geçmiştir.

Şekil 3(d)’deki makroskopik gösterim də bu sürət bşəbəkəımlılığını görselleştirmektedir. Malzeme yavaş çekildiğinde uzun bir şerit oluşturacak biçimde uzayabilirken sürətli çekildiğinde daha kolay qırılmışdır. Bu gözlem, molekulyar şəbəkəın sürətli deformasiyada yeniden düzenlenmek üçün yetərli zamana sahip olmadığını düşündürmektedir.

Karbon fiber miqdarı saxlama modulunü nasıl değiştirmiştir?

8. sayfadaki Şekil 4, töhfəsiz STG ilə dört CFP-STG kompozitinin depolama modullarini müqayisəktadır. Karbon fiber eklenen bütün nümunələr, araşdırılan tezlik aralığının tamamında töhfəsiz jelden daha yüksek saxlama modulu göstərmişdir.

Düşük tezliktaki değişim doğrusal olmamıştır. En yüksek fiber nisbəti yerine %2 töhfəlı 2CFP-STG ən yüksək düşük tezlik modulünü vermiştir.

Düşük tezlik davranışı, materialın uzunmüddətli və ya yavaş yük altında şeklini koruyabilmesiyle ilişkilidir. 2CFP-STG’nin bu bölgede daha yüksek modul göstermesi, fiberlerin etkili bir takviye şəbəkəı oluşturduğunu düşündürmektedir.

%4 və %6 töhfə, orta və yüksek tezliklarda daha yüksek modullar oluşturmasına rşəbəkəmən aşşəbəkəı tezliktaki kazanç eyni biçimde devam etmemiştir. Tədqiqatçılar bunu yüksek fiber miqdarında dşəbəkəılımın zorlaşması, fiberlerin topaklanması və ya etkili şəbəkə səmərəinin azalmasıyla açıklamaktadır. Lakin fiber dşəbəkəılımının üçölçülü görüntülemesi və ya topak böyüklüğü analizi strukturlmamıştır.

Basma davranışında hangi fiber nisbəti daha güclüdür?

9. sayfadaki Şekil 5, 100 mm/dəqiqə sıxma sürətinda fərqli fiber nisbətlarının gerilme-deformasiya eğrilərini göstərir. Bütün CFP-STG nümunələri töhfəsiz jelden daha yüksek gerilme taşımıştır.

Fiber nisbəti %1’den %6’ya yükseldikçe sıxma gərginliyi genel kimi artmış; %4 və %6 töhfəlı nümunələr deformasiya aralığının böyük bölümünde ən yüksək dəyərləri göstərmişdir. Bu nəticə, ən yüksək düşük tezlik sabitlığı ilə ən yüksək qısamüddətli sıxma möhkəmliyinın eyni formulaasyonda oluşmadığını göstərir:

• 2CFP-STG düşük tezlik şəkil sabitlığında öne çıkmıştır.
• 4CFP-STG və 6CFP-STG sıxma yükü taşımada daha yüksek dəyərler vermiştir.

Tədqiqatçılar sendviç quruluş təcrübələri üçün 2CFP-STG’yi seçmiştir. Seçim, düşük tezlik modulü, yavaş akma müqaviməti və hüceyrə boşluqlarına 24–48 saat üçünde nüfuz edebilme dengesi üzərindən strukturlmış görünmektedir. Lakin bütün fiber nisbətları sandviç zərbə təcrübələrinde qarşılaştırılmadığı üçün %2 nisbətinın genel zərbə performansı baxınmından kesin optimum olduğu kanıtlanmamıştır.

Yükleme sürəti sıxma davranışını nasıl etkiləmiştir?

10. sayfadaki Şekil 6’da STG və 2CFP-STG, 50, 100 və 200 mm/dəqiqə sıxma sürətlarında qarşılaştırılmıştır. Her iki materialde də sıxma sürəti arttıkça eyni deformasiyade yaranan gerilme yüksəlmişdir.

2CFP-STG bütün sürətlarda töhfəsiz STG’den daha yüksek gerilme taşımıştır. Böylece karbon lif takviyesi yalnızca tek bir yükləmə sürətinda değil, araşdırılan bütün sürətlarda yük taşıma tutumsini geliştirmiştir.

Bununla belə 200 mm/dəqiqə hâlâ gerçek zərbədeki yerli şəkil değiştirme sürətlarından çox daha düşük olabilir. Bu sıxma təcrübələri sürət duyarlılığını göstermekte, lakin düşən şəbəkəırlıq ardıcıllıqsındaki tam dinamik material yasasını vermemektedir.

Negatif Poisson nisbəti nedir?

Geleneksel bir material düşey yönde sıkıştırıldığında yanlara doğru genişler. Bu davranış pozitif Poisson nisbətiyla ifade edilir. Negatif Poisson nisbətlı və ya “auksetik” bir hüceyrəsel struktur isə düşey kimi sıkıştırıldığında yanal yönde də içe doğru daralabilir.

Tədqiqatın 5. sayfasındaki Şekil 1, içe girintili tek bir hüceyrənin döndürülerek üçölçülü hüceyrəsel bir strukturya çevrilməsini göstərir. Şekil 2 isə NPR hüceyrəsiyle PPR kontrol hüceyrəsini müqayisəktadır.

NPR davranışının zərbə korumasındaki beklenen etkiləri şunlardır:

• Darbe bölgesine doğru yanal daralma.
• Jel dolgunun yerli kimi sıkıştırılması.
• Darbe yükünün daha geniş bir iskelet bölgesine aktarılması.
• Çökme və nüfuzun sınırlandırılması.
• Hücre və dolgu arasında birlikte deformasiya.

NPR və PPR nüvəler nasıl istehsal edilmişdir?

NPR strukturu düzlem üçünde 6×6 hüceyrəden və kalınlık yönünde üç tabakadan yaranmışdır. PPR strukturunda hüceyrə açistilik 60°’den 120°’ye değiştirilmiştir. Açının değişmesi toplam dış boyutu büyüttüğü üçün PPR nümunəsi 5×5×3 hüceyrə dizilimiyle hazırlanmışdır.

Her iki iskelet Future 7500 naylon materialden seçici lazer sinterləmə üsuluyle istehsal edilmişdir. 2CFP-STG iskeletin üzerine yerleştirilmiş və yavaş axınşından yararlanılarak 24–48 saat boyunca boşluqlara girmesi beklenmiştir. Üst və alt səthlere 1 mm kalınlığında karbon liflə gücləndirilmiş polimer levhalar strukturştırılarak sandviç nümunələr əldə edilmişdir.

Kesin hüceyrə uzunlukları, çubuk kalınlıkları, dış boyutlar və bşəbəkəıl sıxlıqlar yüklenen dosyada bulunmayan Şekil S7 və Tablo S1’də məlumatlmiştir. Həmçinin NPR ilə PPR’nin:

• Toplam kütləsi,
• Naylon hacmi,
• Dolgu miqdarı,
• Bşəbəkəıl sıxlığı,
• Yüzey levhasına bşəbəkəlanan toplam alanı

eşitlenmiş kimi rapor edilmemiştir. Bu nedenle müqayisəda yalnızca Poisson nisbəti değil, hüceyrə sayistilik və material dşəbəkəılımı da etkili olabilir.

Dolgulu və dolgusuz hüceyrələrin sıxma davranışı

11. sayfadaki Şekil 7, töhfəsiz 2CFP-STG, çıplak NPR və PPR hüceyrələri ilə jel doldurulmuş NPR və PPR hüceyrələrini müqayisəktadır.

Yalnızca 2CFP-STG ən aşşəbəkəı gerilmeyi taşımıştır. Çıplak hüceyrəli skeletler daha yüksek rijitlik göstərmişdir. Dolgulu strukturlar jelden daha güclü, lakin qarşılık gelen çıplak hüceyrələrden daha düşük gerilmeli bir davranış sergiləmiştir.

%5,32 deformasiyade:

Çok düşük deformasiyalerde PPR tabanlı strukturlar bir miqdar daha yüksek gerilme göstərmişdir. Gerinim arttıkça NPR hüceyrələri PPR hüceyrələrini geçmiş və fark giderek büyümüştür. Bu eğilim, NPR hüceyrəsinin ilk temas anından ziyade ilərleyen sıxma aşamasında daha etkili geometrik kistiliktlama oluşturduğunu düşündürmektedir.

Dolgulu hüceyrələrin çıplak iskeletlerden daha düşük gerilme taşıması, dolgunun statik rijitliği birbaşa artırmadığını göstərir. Tədqiqatya görə jel esas kimi yerli deformasiyaa katılmakta, hüceyrələr arasındaki yük aktarımını değiştirmekte və dinamik yükte sürət bşəbəkəımlı sönümleme sşəbəkəlamaktadır.

Düşen şəbəkəırlık təcrübəi nasıl gerçekleştirilmiştir?

Darbe təcrübələri Instron 9350 cihazında strukturlmıştır. Temel təcrübə şərtlərı şöyledir:

Tədqiqatda kuvvet-zaman və kuvvet-yer değiştirme eğriləri kaydedilmiştir. Görünür sönümlenen enerji, kuvvet-yer değiştirme eğrisinden hesaplanmış və görünən enerji udma səmərəsi şu biçimde tanımlanmıştır:

\[ \eta_{\mathrm{app}} = \frac{E_{\mathrm{diss}}} {E_{\mathrm{imp,act}}} \times 100\% \]

Burada \(E_{\mathrm{diss}}\), eğriden hesaplanan görünür sönümlenen enerjiyi; \(E_{\mathrm{imp,act}}\), cihaz məlumatsinden əldə edilən gerçek gelen zərbə enerjisini ifade etmektedir.

Tədqiqatçıların xüsusilə “görünür” ifadesini kullanması mühümdir. Hesaplanan dəyər, kompozit üçünde istilik, çatlama və viskoz itkila tüketilən enerjiyi bütünüyle birbirinden ayırmamakta; vurucunun ölçülen kuvvet-yer değiştirme davranışından türetilən toplu bir göstəricidir.

Karbon fiber töhfəsinın 10 J zərbədeki etkisi

12. sayfadaki Şekil 8(a-b), iskeleti bulunmayan sandviçlerde töhfəsiz STG və 2CFP-STG nüvəlerini müqayisəktadır.

Karbon fiber töhfəsi pik qüvvəni təxminən %4 artırmış, maksimum yerdəyişməyi təxminən %6,7 azaltmışdır. Buna görə CF@PDA takviyesinin tek başına etkisi ölçülebilir olmakla birlikte, hüceyrəli skeletin oluşturduğu değişimden çox daha kiçiktür.

NPR iskeletinin 10 J zərbədeki etkisi

İskeletsiz STG sandviç ilə NPR-STG qarşılaştırıldığında pik qüvvə 1.579,6 N’dan 3.034,3 N’a yükselmiş, maksimum yerdəyişmə 12,52 mm’den 6,42 mm’ye düşmüşdür.

İskeletsiz 2CFP-STG ilə NPR-2CFP-STG qarşılaştırıldığında isə pik qüvvə 1.642,7 N’dan 3.122,9 N’a yükselmiş, maksimum yerdəyişmə 11,68 mm’den 5,98 mm’ye düşmüşdür.

Bu nəticələr, zərbə ardıcıllıqsında yer değiştirmeyi sınırlayan başlıca unsurun karbon lif töhfəsindan çox NPR iskeleti olduğunu göstərir. Karbon fiber töhfəsi çekirdeğin destek tutumsini geliştirirken hüceyrəsel struktur yükü taşımakta və dolgunun yanal hareketini sınırlandırmaktadır.

NPR və PPR strukturlarının 10 J müqayisəsı

13–14. sayfalardaki Şekil 9, eyni 2CFP-STG dolgusu və eyni nominal zərbə enerjisi altında iki hüceyrə geometrisini müqayisəktadır.

NPR struktur təxminən %67,8 daha yüksek pik qüvvə oluşturmuş və maksimum yerdəyişməyi təxminən %32,3 azaltmışdır. Bu nəticə, vurucuya daha erken və daha güclü tepki verdiğini göstərir.

PPR struktur isə daha uzun hareket mesafesi və kontakt müddəti boyunca biraz daha fazala görünür enerji sönümlemiştir. İki struktur fərqli koruma stratejilərini temsil etmektedir:

• NPR: Yüksek destek, düşük çökme, yerli nüfuzun sınırlandırılması.
• PPR: Daha böyük deformasiya üzərindən enerji tüketimi.

Koruma ölçütü yalnızca “soğurulan enerji” isə PPR’nin 10 J sonucunda kiçik bir üstünlüğü bulunmaktadır. Koruma ölçütü arka yüz hareketini, delinmeyi və ya iç boşluqtaki hassas komponente yaklaşmayı sınırlamak isə NPR daha avantajlıdır.

Yüksek pik qüvvə neden her zaman üstünlük değildir?

Bir panelin vurucuya yüksek kuvvetle qarşı koyması delinmeyi və çökme mesafesini azaltabilir. Lakin eyni yüksek kuvvet, panelin arkasındaki taşıyıcıya, cihaza və ya insana daha yüksek ivme aktarabilir.

Bu tədqiqatda arka yüz kuvveti, destek reaksionu, korunan nesne ivmesi və ya insan inamliği ölçülmemiştir. Buna görə NPR-2CFP-STG üçün en doğru ifade “daha yüksek yük taşıma və yer değiştirme sınırlama tutumsi”dir. “Her şərtda daha iyi zərbə izolyasiyaı” ifadesi tədqiqat tarafından desteklenmemektedir.

20 J zərbə nəticələri

14–15. sayfalardaki Şekil 10 və Şekil 11, zərbə enerjisinin 20 J’a yükseltilmesiyle yaranan kuvvet, yer değiştirme və hasarı göstərir.

NPR struktur maksimum yerdəyişməyi təxminən %16 azaltmışdır. Darbe sonrasında NPR çekirdeği görəce bütün qalırken PPR çekirdeğinde daha aydın çatlaklar və kenarlara doğru material çıkışı görülmüştür.

Bu nəticə, NPR hüceyrələrinin yalnızca düşük enerjide rijitlik sşəbəkəlamadığını; zərbə enerjisi arttığında nüvə hasarının ilərlemesini də geciktirdiğini düşündürmektedir.

30 J zərbə nəticələri

PPR nümunəsinin 41,21 mm’lik hareketi təxminən 27 mm’lik başlanğıc kalınlığını aşmıştır. Tədqiqatçılar bu sonucu basit sıkışma değil, yerli nüfuz və ya tam struktur qırılma kimi yorumlamaktadır.

NPR nümunəsinde də ciddi nüvə çatlakları yaranmışdır. Lakin səthler və nüvə tamamen ayrılmamış, sendviç quruluş tek parça hâlinde qalmışdır. NPR yer değiştirmesi PPR’ye görə təxminən %43 daha düşük olmuştur.

30 J eğrilərindeki cüt tepe şu iki aşamayla ilişkiləndirilmiştir:

1. Üst səth lövhəsi, hüceyrəli skelet və dolgunun ilk yük taşıması.
2. İleri çökme və ya nüfuz sonrasında vurucunun sıkışmış çekirdeğe ya da alt səth lövhəsina ikinci kez temas etmesi.

Bu mekanizma kuvvet eğriləri və son hasar fotoğraflarıyla uyumludur. Lakin yüksək sürətli kamera, kesit görüntüleme və ya cihaz içi temas analizi strukturlmadığından ikinci tepenin kesin kaynşəbəkəı birbaşa ölçülmemiştir.

Tekrarlı zərbə davranışı

16. sayfadaki Şekil 12’də eyni NPR-2CFP-STG nümunəsinin eyni noktasına üç ardıcıl 10 J zərbə tətbiq edilmişdir.

Birinci və ikinci zərbənin kuvvet seviyeleri birbirine yaxınn qalmışdır. Üçüncü zərbəde pik qüvvənin azalması, çökme və kontakt müddətinin artması strukturnın rijitliğini kaybetmeye başladığını göstərir.

Üç zərbə boyunca görünür sönümlenen enerji 7,97–8,34 J, görünən enerji udma səmərəsi isə %74,70–%78,93 aralığında qalmışdır. Böylece struktur hasar biriktirmesine rşəbəkəmen enerjiyi tüketme tutumsinin böyük bölümünü qorumuşdur.

İlk zərbənin kuvvet eğrisi daha fazala dalğalanma gösterirken sonraxın eğrilər daha düzgün hâle gelmiştir. Bu değişim ilk zərbəde hüceyrələrde yerli qırılma, dolgunun yeniden dşəbəkəılımı və ya yük aktarım yollarının kqəbuledici biçimde değişmesiyle ilişkili olabilir.

Lakin bu təcrübə üç bşəbəkəımsız nümunənin müqayisəsı değildir. Tek bir nümunənin eyni noktasındaki ardıcıl hasarı göstərir. Sonuçların istatistiksel tekrarlanabilirliği üçün birden fazala nümunəde eyni təcrübə dizisinin gerçekleştirilmesi lazımdır.

Önerilən ortak koruma mekanizması

Tədqiqatçıların önerdiği mekanizma üç düzeyde açıklanabilir:

1. Malzeme düzeyi: STG sürətli kesme altında sertleşir və viskoz-elastik enerji tüketimi sşəbəkəlar.
2. Ara yüz düzeyi: Polidopamin kaplı karbon liflər jel üçünde yük daşıyır və deformasiyaa müqavimət gösterir.
3. Yapı düzeyi: NPR hüceyrələri zərbə ardıcıllıqsında içe doğru kapanarak jeli sınırlar, yerli sıxmayı artırır və vurucunun hareketini kısaltır.

NPR hüceyrəsinin içe daralması, 2CFP-STG’yi daha erken bir aşamada sıkıştırılmış və yüksek kesme sürətina maruz kalan duruma getirebilir. Böylece jel sürətli biçimde daha sert davranmaya başlayır və hüceyrəli skeletle ortak yük aktarımı meydana gelir.

Bu mekanizma statik sıxma eğriləri, zərbə kuvvetleri, daha düşük çökme və hasar fotoğraflarıyla desteklenmektedir. Bununla belə tədqiqat ardıcıllıqsında hüceyrə deformasiyau içeriden görüntülenmemiş; rəqəmsal təsvir korrelyasiyası, X-şüa tomoqrafiyası və ya doğrulanmış sonlu eleman modeli kullanılmamıştır. Geometrik sıxma mekanizması təcrübələrle uyumlu, lakin tam alan ölçməüyle birbaşa doğrulanmamış bir açıklamadır.

Tədqiqatın güclü yönleri

• Malzeme ara yüzü ilə hüceyrəsel struktur tasarımını eyni sendviç kompozitte birləşdirməktedir.
• Polidopamin kaplı karbon lif səthini SEM ilə göstərir.
• Dört fərqli karbon lif nisbətinı tezlik və sıxma təcrübələriyle müqayisəktadır.
• NPR və PPR hüceyrələrini eyni jel dolgusu altında araşdırır.
• İskeletsiz, töhfəsiz, fiber takviyeli və hüceyrəsel nümunələri aşamalı kimi müqayisəktadır.
• 10, 20 və 30 J olmak üzere üç zərbə enerjisi kullanmaktadır.
• Kuvvet, yer değiştirme, kontakt müddəti, görünən enerji sönümləmə və fiziksel hasarı birlikte dəyərləndirməktedir.
• Aynı noktadaki üç ardıcıl zərbəyle hasar birikimini araşdırır.
• 30 J təcrübəinde NPR strukturnın tam ayrılmayı geciktirdiğini açık biçimde göstərir.

Tədqiqatın məhdudlıkları

• Tədqiqat rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiş preprintdir.
• Şekil S1–S7 və Tablo S1 yüklenen dosyada bulunmamaktadır.
• STG’nin 240 °C’deki kesin reaksion müddəti açıklanmamıştır.
• Tris-HCl və dopamin çözeltilərinin konsentrasiyaleri məlumatlmemiştir.
• Kaplama pH dəyəri mətnde 8, hazırlama şemasında 8,5 kimi göstərilmişdir.
• İki merdaneli qarışdırmanın işlem parametreleri açıklanmamıştır.
• Fiber nisbətinın hesablama tabanı tam kimi tanımlanmamıştır.
• Polidopamin kaplamasının kalınlığı və kimyəvi tərkibi ölçülmemiştir.
• Ara yüz möhkəmliyi birbaşa sınanmamıştır.
• Fiber dşəbəkəılımı və topaklanması nicel kimi görüntülenmemiştir.
• %2 fiber nisbəti bütün zərbə şərtlərində diğer nisbətlarla qarşılaştırılmamıştır.
• NPR və PPR nümunələrinde hüceyrə sayistilik eyni değildir.
• NPR və PPR strukturlarının kütləsi ilə bşəbəkəıl sıxlığı rapor edilmemiştir.
• Kesin hüceyrə geometriləri yalnızca əskik destek bilgilərinde bulunmaktadır.
• Numune dış boyutlarının tamamı ana mətnde açıklanmamıştır.
• Yüzey levhalarının strukturştırıcistilik və strukturştırma prosedürü məlumatlmemiştir.
• Darbe təcrübələrinin bşəbəkəımsız tekrar sayıları belirtilmemiştir.
• Sonuçlarda xəta çubuğu, standart sapma və ya istatistiksel anlamlılık testi bulunmamaktadır.
• Tekrarlı zərbə yalnızca bir nümunənin eyni noktasında gerçekleştirilmiştir.
• Arka yüz deformasiyau və aktarılan destek kuvveti ayrı kimi ölçülmemiştir.
• Darbe ardıcıllıqsındaki iç hüceyrə hareketi görüntülenmemiştir.
• Özgül enerji udulma və ya birim kütlə başına performans hesaplanmamıştır.
• Sıcaklık, nem, UV, su, kimyəvi ortam və uzunmüddətli yaşlanma araşdırılmamışdır.
• Yangın davranışı və duman inamliği araştırılmamıştır.
• Yüksek sürətli, ballistik və ya partlayış yükleri sınanmamıştır.
• Üretim maya dəyərii, onarılabilirlik və geri çevrilmə dəyərlendirilmemiştir.

Tədqiqat neyi desteklemektedir?

Tədqiqat, polidopamin kaplı qısa karbon liflerin STG’nin düşük tezlik şəkil sabitlığını və fərqli yükleme sürətlarındaki sıxma müqavimətini geliştirebildiğini desteklemektedir. Həmçinin 3B baskılı negatif Poisson nisbətlı hüceyrələrin, araşdırılan kiçik miqyaslı sandviç nümunələrde 10–30 J düşük sürətli zərbəler altında yer değiştirmeyi sınırlandırdığını və yüksek enerjide tam struktur ayrılmayı PPR kontrol strukturuna görə geciktirdiğini göstərir.

Tədqiqat neyi sübut etmir?

Tədqiqat, NPR-2CFP-STG’nin her tür zərbə korumasında en iyi struktur olduğunu sübut etmir. Daha yüksek pik qüvvə, kuvvet izolyasiyaı gereken tətbiqlarda istenmeyebilir. Sonuçlar ballistik möhkəmlik, partlayış koruması, insan inamliği, taşıt çarpışma inamliği və ya sertifikalı havacılık istifadəsi anlamına gelmemektedir. Həmçinin gözlenen farkların tamamının yalnızca negatif Poisson nisbətindan mənbəlandığı söylenemez; NPR və PPR nümunələrinin hüceyrə sayıları, muhtəməl kütləleri və bşəbəkəıl sıxlıqları tam kimi eşitlenmemiştir.

Tədqiqatın Yöntemi və Bulguları

Malzemelerin özeti

Numune hazırlama adımları

1. Dimetil silikon yşəbəkəı və bor turşusu 10:1 kütlə nisbətinda karıştırılmıştır.
2. Karışım 240 °C’də reaksiyaye sokulmuş və soğutularak STG hazırlanmışdır.
3. Kısa karbon liflər Tris-HCl tamponu üçünde dşəbəkəıtılmıştır.
4. Dopamin və NaOH eklenerek 24 saatlik kaplama gerçekleştirilmiştir.
5. CF@PDA, STG üçüne iki valikli qarışdırıcıyla %1, %2, %4 və ya %6 nisbətinda katılmıştır.
6. NPR iskeleti 6×6×3, PPR iskeleti 5×5×3 hüceyrə dizilimiyle basılmıştır.
7. 2CFP-STG, iskelet boşluqlarına 24–48 saat boyunca yavaşça nüfuz ettirilmiştir.
8. Üst və alt səthlere 1 mm karbon lif kompozit levhalar strukturştırılmıştır.

Karakterizasyon və təcrübə düzeni

Temel material nəticələri

10 J zərbə nəticələrinın toplu müqayisəsı

NPR-PPR yüksek enerji müqayisəsı

Sonuçların mühendislik anlamı

Saha və ya ürün istifadəsindan əvvəl lazımlı doğrulamalar

• Eksik destek bilgiləri və bütün istehsal parametreleri yayımlanmalıdır.
• NPR və PPR nümunələri eyni kütlə və bşəbəkəıl sıxlıqta yeniden tasarlanmalıdır.
• Darbe təcrübələri her şərt üçün birden fazala bşəbəkəımsız nümunəde tekrarlanmalıdır.
• Standart sapma, etibarlılıq intervalı və anlamlılık testləri məlumatlmelidir.
• Arka yüz yer değiştirmesi, destek reaksionu və korunan nesne ivmesi ölçülmelidir.
• Yüksek sürətli kamera və rəqəmsal təsvir korrelyasiyasıyla hüceyrə deformasiyau izlenmelidir.
• Darbe sonrası iç hasar X-şüa tomoqrafiyası və ya ultrasonla incelenmelidir.
• %1, %2, %4 və %6 fiber içeren sandviçlerin zərbə performansı birbaşa qarşılaştırılmalıdır.
• Farklı vurucu geometriləri və sınır şərtlərı kullanılmalıdır.
• Çok noktalı və fərqli aralıklı tekrarlı zərbəler denenmelidir.
• Sıcaklık, nem, yaşlanma və yanğın davranışı belirlenmelidir.
• Sonlu eleman modeliyle hüceyrə-dolgu-səth etkiləşimi doğrulanmalıdır.
• Kütle başına enerji udulma və maya dəyəri-performans analizi strukturlmalıdır.
• Pilot miqyaslı otomotiv, havacılık və ya sənaye panel təcrübələri gerçekleştirilmelidir.

Mənbə və Metod Qeydi

Tədqiqatın tam özgün adı:Polydopamine-Functionalized Carbon Fiber Reinforced Shear Thickening Gel/NPR Sandwich Composites for Impact Resistance

Yazarlar və ardıcıllıqları: Haonan Suo; Ke Zhang; Kaifa Wang; Sheng Wang; Yao Li.

Eşit töhfəlı müəllif bilgisi: Tədqiqatda bərabər töhfəlı və ya ortak birinci müəllif bildirimi bulunmamaktadır.

Sorumlu müəllif bilgisi: Yazar listesindeki yıldız işareti Ke Zhang’ı məsul müəllif kimi göstərir. Bununla belə yazışma satırında Ke Zhang və Yao Li’ye ait iki e-posta adresi birlikte məlumatlmiştir. Yao Li’nin ortak məsul müəllif olup olmadığı açık biçimde işaretlenmemiştir.

Yazışma adresleri: zhangke@hit.edu.cn; liyao@hit.edu.cn.

Yazar-qurum eşleşmesi:

1. Haonan Suo: MIIT Key Laboratory of Critical Materials Technology for New Energy Conversion and Storage; School of Chemistry and Chemical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Çin.
2. Ke Zhang: MIIT Key Laboratory of Critical Materials Technology for New Energy Conversion and Storage; School of Chemistry and Chemical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Çin.
3. Kaifa Wang: School of Science, Harbin Institute of Technology, Shenzhen, Guangdong, Çin.
4. Sheng Wang: CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials; Department of Modern Mechanics, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, Çin.
5. Yao Li: Center for Composite Materials and Structure, Harbin Institute of Technology, Harbin, Çin.

Qaynaq türü: Malzeme sintezi, səth işlevselleştirme, reoloji, sıxma və düşük sürətli düşən şəbəkəırlıq təcrübələri içeren eksperimental preprint araşdırma makalesi.

Konu alanı: Kesme kalınlaşan jeller, karbon lif kompozitler, polidopamin ara yüzleri, auksetik metamateriallar, sendviç quruluşlar və zərbə möhkəmliyi.

Hakemlik durumu: Tədqiqat rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmişdir. Yüklenen dosyanın her sayfasında preprint və hakemlik uyaristilik bulunmaktadır.

Yayın platformau: SSRN.

Platform sşəbəkəlayıcistilik: Elsevier SSRN Preprint Services.

SSRN kayıt numarası: 7203447.

DOI:10.2139/ssrn.7203447

Resmî keçid:SSRN kayıt sayfası

Yayın yılı: 2026.

Dergi: Hakemli bir jurnalde yayımlandığı təsdiqlənməmişdir.

Özgün jurnal nəşriyyat: Doğrulanmış bir hakemli jurnal və ya jurnal nəşriyyat bulunmamaktadır. SSRN bir preprint platformaudur və hakemli jurnal kimi sunulmamalıdır.

Finansman: Tədqiqat, Aeronautical Science Foundation of China və Chinese Aeronautical Establishment Project tarafından 2023Z055077007 numaralı projeyle desteklenmiştir.

Çıkar çatışması: Yüklenen ana mətnde ayrı və açık bir maraqlar toqquşması bildirimi yer almamaktadır.

Yazar töhfəları: CRediT və ya benzeri ayrıntılı müəllif töhfəsi bildirimi bulunmamaktadır.

Veri və kod əlçatanlığı: Açık məlumat deposu, ham reometr məlumatsi, zərbə cihazı məlumat dosyası, üçölçülü model dosyası və ya analiz kodu keçidsı məlumatlmemiştir.

Eksik destek bilgiləri: Ana mətnde atıf strukturlan Şekil S1–S7 və Tablo S1 yüklenen dosyada bulunmamaktadır. Bu nedenle STG reaksion müddəti optimallaşdırmau, bazı spektroskopiyak doğrulamalar, yükseklik koruma təcrübəi və hüceyrələrin kesin geometrik ölçüleri bşəbəkəımsız kimi incelenememiştir.

Temel raporlama uyuşmazlığı: Polidopamin kaplama ortamının pH dəyəri üsul metninde 8, Şekil 3’teki hazırlama şemasında 8,5 kimi gösterilmektedir. Bu dəyər tekrarlanabilirlik açistilikndan düzeltilmelidir.

Bu Türkçe açıklama, yüklenen tədqiqatın bütün ana metni, 12 ana şekli, material hazırlama prosedürleri, reolojik eğriləri, sıxma təcrübələri, 10–30 J zərbə məlumatlari, hasar fotoğrafları və tekrarlı zərbə nəticələri incelenerek hazırlanmışdır. Bilimsel içerik yalnızca tədqiqatda sunulan təcrübə və yorumlarla sınırlandırılmıştır. Dış mənbəlar yalnızca SSRN kaydı, DOI, platforma, e-posta və qurumsal kimlik bilgilərinin bibliyoqrafik doğrulaması amacıyla istifadə edilmişdir.

Sonuçlar; tədqiqatın hakemlikten geçmemiş olması, destek bilgilərinin bulunmaması, NPR-PPR nümunələrinin hüceyrə sayistilik və muhtəməl kütlə baxınmından tam eşitlenmemesi, təcrübə tekrarlarının və istatistiksel qeyri-müəyyənliklerin açıklanmaması, daha yüksek pik qüvvənin her koruma amacı üçün üstünlük anlamına gelmemesi və nəticələrin yalnızca kiçik miqyaslı düşük sürətli zərbə şərtlərına dayanması dikkate alınarak yorumlanmalıdır.