Бул изилдөө, сокку астында сертлешебмененн кесүүдө коюулануучу гельи көмүртек буласы ве негатиф Poisson катышлы үч өлчөмдүү бир клеткалык каркасле бирлештирен абдан компонентли бир сэндвич композит гелиштирмиштир. Системин йумушак өзөк компоненти олан кесүүдө коюулануучу гель, дүшүк йүклеме ылдамдыкларында сүрөт дегиштиребилмекте; йүксек ылдамдыкларда болсо дагы еластик ве дагы каршылыкли бир давраныш көрсөтөт. Изилдөөчүлөр, гельин дүшүк ылдам акма ве чектелген йүк ташыма маселеларыны азалтмак амажыйла бети полидопаминле капланмыш кыска көмүртек буласылер кулланмыш, ортайа чыкан композити үч өлчөмдүү басып чыгарууйла үретмененн негатиф Poisson катышлы бир искелетин үчүне йерлештирмиштир.

Карбон фиберлерин полидопаминле капланмасы бетде дагы пүрүзлү, бөлүкчөлы бир табака олуштурмуштур. Бу табаканын көмүртек буласы менен гель арасындаки ысланабилирлиги ве чыңалуу актарымыны гелиштирдиги бааланган. Фарклы фибер катышлары үчүнде масса боюнча %2 CF@PDA ичерен 2CFP-STG, дүшүк жыштыктаки эң жогорку сактоо модулунү көрсөткөн. 0,01 Hz’де сактоо модулу 0,186 MPa’йа улашмыш; салымыз гельин 0,0162 MPa мааниине ылайык болжол менен %1.048 артмыштыр.

Үч бойутлу баскылы өзөклерде ики ар түрдүү геометри каршылаштырылмыштыр. Негатиф Poisson катышлы, йани ауксетикалык NPR клеткалари кысуу тартипсында йанал катары ичери догру таралмакта ве долгу материалсини сокку бөлгесине догру кысууктадыр. Позитиф Poisson катышлы PPR контрол клеткалари болсо геленексел бичимде йанал катары кеңлемектедир. %5,32 кысуу деформацияинде NPR-2CFP-STG клеткасинин герилмеси 0,151 MPa, PPR-2CFP-STG клеткасинин герилмеси 0,067 MPa катары өлчөнгөн. Бөйлеже NPR системаи ошол эле деформацияде болжол менен 2,25 кат дагы йүксек йүк ташымыштыр.

10 J түшкөн салмак тажрыйбаинде NPR-2CFP-STG, PPR каршылыгына ылайык дагы йүксек жооп күчү ве дагы дүшүк чөкме көрсөткөн. Тепе куввети 1.861,1 N’дан 3.122,9 N’а йүкселиркен максимум жылыш 8,83 mm’ден 5,98 mm’йе, контакт убактысы болсо 14,70 ms’ден 9,83 ms’йе дүшмүштүр. Буга каршы PPR үлгүсинин көрүнмө энергия басаңдатуу маании 8,44 J ве натыйжалуулуки %85,21; NPR үлгүсинин маанилери болсо 8,32 J ве %78,94 олмуштур. Бу натыйжа, NPR’нин энергияйи мутлака дагы фазала түкетмесинден зийаде дагы йүксек түзүмдүк дестек сторлайарак жергиликтүү чөкме ве нүфузу сынырландырдыгыны көрсөтөт.

30 J сокку астында ики геометри арасындаки хасар фаркы айкынлешмиштир. PPR-2CFP-STG’де кайдедмененн йер дегиштирме 41,21 mm’йе улашмыш ве болжол менен 27 mm калынлыгындаки үлгү тамамен ики парчайа айрылмыштыр. NPR-2CFP-STG’де йер дегиштирме 23,43 mm’де калмыш; өзөкте чатлама олушмасына ртормен композит генел бүтүнлүгүнү сактаган. Айны ноктайа колдонулган үч ырааттуу 10 J сокку кийинсында NPR системаи көрүнмө энергия басаңдатуу мааниини 7,97–8,34 J аралыгында корумуш, бирок үчүнжү соккуде чоку күчнин дүшмеси ве йер дегиштирменин артмасы рижитлик кайбынын башладыгыны көрсөткөн.

Изилдөөнүн ана сонужу, полидопамин каплы көмүртек буласыин гельин йүк ташыма давранышыны гелиштирдиги; негатиф Poisson катышлы искелетин болсо соккуде геометрик кысуу, йер дегиштирме сынырламасы ве хасарын гежиктирилмеси багыммындан белирлейижи олдугу йөнүндедир. Ошентсе да йүксек чоку күч, хер корума колдонмосында истенен бир натыйжа дегилдир. Систем, куввет изоляцияындан абдан делинме каршылыгы, бет дестеги ве чектелген йер дегиштирме герекен колдонмолар үчүн дагы уйгун гөрүнмектедир.

Түркия жагынан: Бу йаклашым Түркияда хаважылык ве узай компоненттери, отомотив батарея мухафазаалары, райлы система панеллери, өнөр жайлык макине коруйужулары, хассас екипман амбалажлары ве хафиф сокку бекемдиклы композитлерин гелиштирилмеси ачжылуулукндан изилдөө маании ташымактадыр. Түркияда колдонмо үчүн йерли речине, көмүртек буласы ве еклемели ималат материалдарийле йениден өндүрүш; клетка массаси ве бторыл тыгыздыгы ешитленмиш NPR-PPR салыштыруулары; ар түрдүү температура ве нем шарттары; эскиртүү, йорулма ве абдан нокталы сокку; дагы кең үлгүлөр; акыркы элементтик моделдөө ве бторымсыз лаборатория текрарлары герекир. Изилдөөдөн баллистикалык корума, жарылуу ишенимлиги, инсан вүжудуна актарылан кувветин ишенимли олдугу, сери өндүрүш наркинин уйгунлугу вейа герчек учак ве арач парчаларында сертификасйон сонужу чыкарыламаз.

Кесме калынлашан гель недир?

Кесме калынлашан гель, колдонулган деформацияун ылдамдыгына ылайык меканик давранышы дегишен йумушак бир материалдир. Дүшүк йүклеме ылдамдыкларында агымшкан вейа еснек бир түзүм гиби давранабилиркэң жогорку ылдам кысуу, чекме вейа кесме астында ич каршылыгы ылдамдыкла йүкселмектедир. Бу неденле материал хем нормал кулланым тартипсында уйумлу ве сүрөт дегиштиребилир, хем де ани сокку тартипсында дагы серт бир тепки веребилир.

Изилдөөдө STG, диметил силикон майы менен борик асидин масса боюнча 10:1 катышында карыштырылмасы ве 240 °Ж’де реакцияйе сокулмасыйла даярдалган. Бу системаде бор атомлары менен силикон йторы зинжирлериндеки оксижен ичерен груплар арасында динамик бторларын мейдана гелдиги дүшүнүлмектедир. Бторлар жай деформация астында айрылып йениден олушабилиркен ылдам йүклеме астында молекулалык зинжирлерин харекети сынырландырылмакта ве гечижи катары дагы серт бир тор ортайа чыкмактадыр.

STG’нин тек башына ики пайдубал чектелгенлыгы булунмактадыр:

• Дүшүк ылдамдыкларда заманла акабилмеси ве шеклини коруйамамасы.
• Бир сэндвич түзүлүшда йүксек түзүмдүк йүклери тек башына ташыйамамасы.

Изилдөөчүлөр илк маселеу көмүртек буласы таквийеси, икинжи маселеу болсо үч өлчөмдүү клеткалык каркас колдонулушуйла азалтмайы максат кылган.

Карбон фибер неден полидопаминле капланмыштыр?

Карбон фибер йүксек еластисите модульү, йүксек бекемдик ве дүшүк тыгыздык неденийле композитлерин гүчлендирилмесинде йайгын катары колдонулган бир материалдир. Бирок көмүртек буласы бети химиялык катары ылайыкже еткисиздир. Фибер менен йумушак гель арасында йетерли ара йүз еткмененшими олушмадыгында йүкүн матристен фибере актарылмасы чектелген калабилир ве фиберлер герчек таквийе потенциалыни там катары гөстеремез.

Полидопамин, мидйелерин бетлере тутунмасыны сторлайан химиялык түзүмлардан есинленен, ар түрдүү материалдарин үзерине чөкелебмененн түзүмшкан бир каплама материалсидир. Катекол, амин ве дигер полар груплары сайесинде көмүртек буласы бетини дагы еткин хâле гетиребилир.

Изилдөөдө колдонулган кыска көмүртек буласылерин:

• Узунлугу 1 mm,
• Чапы 7 µm,
• Үрүн классы Toray T700’дүр.

Каплама ишлеминде көмүртек булалары Tris-HCl тампон чөзелтиси үчүнде 10 мүнөт дторытылмыштыр. Даха кийин допамин чөзелтиси дамла дамла екленмиш, 2 mL ве 0,5 mol/L концентрацияиндеки NaOH чөзелтисийле базик ортам хазырланмыш ве карышым 24 саат карыштырылмыштыр. Елде едмененн полидопамин каплы көмүртек буласы “CF@PDA” вейа кысажа “CFP” катары адландырылмыштыр.

Метин чөзелтинин пХ мааниини 8 катары маалыматркен 7. сайфадаки Шекил 3’үн хазырлама шемасында пХ 8,5 йазмактадыр. Ошондой эле допамин ве Tris-HCl чөзелтмененринин концентрациялери билдирилмемиштир. Бу ики ексиклик, ошол эле каплама калынлыгынын башка бир лабораторияда йениден елде едилмесини гүчлештирмектедир.

SEM сүрөттөри не көрсөтөт?

Изилдөөнүн 7. сайфасындаки Шекил 3(б), ишленмемиш көмүртек буласы менен полидопамин каплы фибери салыштырууктадыр. Ишленмемиш фибер бетинде өндүрүш йөнүне паралел дүзгүн олуклар гөрүлмектедир. Каплама кийинсында бет дагы каба хâле гелмиш ве йогун бөлүкчөлы бир табакайла капланмыштыр.

Бу сүрөттөр полидопамин табакасынын олуштугуну дестеклемектедир. Йүзей пүрүзлүлүгүнүн артмасы гель менен фибер арасында дагы фазала меканик тутунма аланы сторлайабилир. Буга каршы изилдөөдө:

• Каплама калынлыгы,
• Йүзей темас ачжылуулук,
• Йүзей кимйасы үчүн XПС,
• Фибер-гель ара йүз кесме бекемдиги,
• Капламанын циклсел йүк астында туруктуулыгы

догрудан өлчүлмемиштир. Бу неденле “ара йүз бторланмасынын гүчлендиги” сонужу, бет сүрөттөри менен макроскопик реоложи ве кысуу натыйжаларынын бирликте йорумланмасына дайанмактадыр.

CFP-STG композитлери насыл даярдалган?

Капланмыш фиберлер STG үчүне эки валдуу аралаштыргыч колдонуп дторытылмыштыр. Композитлер XЖФП-STG бичиминде адландырылмыш; X маании көмүртек буласы салымынын масса боюнча йүздесини ифаде етмиштир. Инжеленен катышлар:

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

Ана текстде салым йүздесинин йалнызжа STG массасине ми йокса топлам композит массасине ми ылайык хесапландыгы ачык бичимде танымланмамыштыр. Ики мерданели аралаштыруунын мөөнөтү, мердане ылдамдыгы, мердане аралыгы ве температурасы да маалыматлмемиштир.

STG’нин жыштыка бторлы давранышы

Изилдөөнүн 7. сайфасындаки Шекил 3(ж), STG’нин сактоо модулу Г′ менен жоготуу модулу Г″ маанилерини 0,01–100 Hz жыштык диапазонунда көрсөтөт.

• Деполама модульү Г′: Малземенин еластик катары деполадыгы энергияйи ве каты бензери давранышы темсил едер.
• Кайып модульү Г″: Вискоз агымш ве ич сүртүнмейле түкетмененн энергияйи темсил едер.

Фреканс йүкселдикче STG’нин сактоо модулу артмыштыр. Йаклашык 3 Hz’нин үстүндө Г′ маании Г″ мааниини ашмыш ве материал вискоз давранышын баскын олдугу дурумдан еластик давранышын баскын олдугу дурума гечмиштир.

Шекил 3(д)’деки макроскопик гөстерим де бу ылдамдык бторымлылыгыны гөрселлештирмектедир. Малземе жай чекилдигинде узун бир шерит олуштуражак бичимде узайабилиркен ылдам чекилдигинде дагы колай сынган. Бу гөзлем, молекулалык торын ылдам деформацияда йениден дүзенленмек үчүн йетерли замана сахип олмадыгыны дүшүндүрмектедир.

Карбон фибер өлчөмы сактоо модулунү насыл дегиштирмиштир?

8. сайфадаки Шекил 4, салымыз STG менен дөрт CFP-STG композитинин деполама модулдарини салыштырууктадыр. Карбон фибер екленен бүтүн үлгүлөр, изилденген жыштык диапазонунын тамамында салымыз гельден дагы йүксек сактоо модулу көрсөткөн.

Дүшүк жыштыктаки дегишим догрусал олмамыштыр. Ен йүксек фибер катышы йерине %2 салымлы 2CFP-STG эң жогорку дүшүк жыштык модульүнү вермиштир.

Дүшүк жыштык давранышы, материалдын узак мөөнөттүү вейа жай йүк астында шеклини коруйабилмесийле илишкилидир. 2CFP-STG’нин бу бөлгеде дагы йүксек модуль гөстермеси, фиберлерин еткили бир таквийе торы олуштурдугуну дүшүндүрмектедир.

%4 ве %6 салым, орта ве йүксек жыштыкларда дагы йүксек модулдар олуштурмасына ртормэң төмөн жыштыктаки казанч ошол эле бичимде девам етмемиштир. Изилдөөчүлөр буну йүксек фибер өлчөмында дторылымын зорлашмасы, фиберлерин топакланмасы вейа еткили тор натыйжалуулукинин азалмасыйла ачыкламактадыр. Бирок фибер дторылымынын үч өлчөмдүү сүрөтлемеси вейа топак чоңлүгү анализи түзүмлмамыштыр.

Басма давранышында ханги фибер катышы дагы күчтүүдүр?

9. сайфадаки Шекил 5, 100 mm/мүнөт кысуу ылдамдыгында ар түрдүү фибер катышларынын герилме-деформация егрмененрини көрсөтөт. Бүтүн CFP-STG үлгүлөри салымыз гельден дагы йүксек герилме ташымыштыр.

Фибер катышы %1’ден %6’йа йүкселдикче кысуу чыңалуусу генел катары артмыш; %4 ве %6 салымлы үлгүлөр деформация аралыгынын чоң бөлүмүнде эң жогорку маанилери көрсөткөн. Бу натыйжа, эң жогорку дүшүк жыштык туруктуулыгы менен эң жогорку кыска мөөнөттүү кысуу бекемдигинын ошол эле формулаасйонда олушмадыгыны көрсөтөт:

• 2CFP-STG дүшүк жыштык сүрөт туруктуулыгында өне чыкмыштыр.
• 4CFP-STG ве 6CFP-STG кысуу йүкү ташымада дагы йүксек маанилер вермиштир.

Изилдөөчүлөр сэндвич түзүлүш тажрыйбалари үчүн 2CFP-STG’йи сечмиштир. Сечим, дүшүк жыштык модульү, жай акма каршылыгы ве клетка боштуктарына 24–48 саат үчүнде нүфуз едебилме денгеси аркылуу түзүмлмыш гөрүнмектедир. Бирок бүтүн фибер катышлары сандвич сокку тажрыйбаларинде каршылаштырылмадыгы үчүн %2 катышынын генел сокку өндүрүмдүүлүкы багыммындан кесин оптимум олдугу канытланмамыштыр.

Йүклеме ылдамдыгы кысуу давранышыны насыл еткмененмиштир?

10. сайфадаки Шекил 6’да STG ве 2CFP-STG, 50, 100 ве 200 mm/мүнөт кысуу ылдамдыкларында каршылаштырылмыштыр. Хер ики материалде де кысуу ылдамдыгы арттыкча ошол эле деформацияде олушан герилме йүкселмиштир.

2CFP-STG бүтүн ылдамдыкларда салымыз STG’ден дагы йүксек герилме ташымыштыр. Бөйлеже көмүртек буласы таквийеси йалнызжа тек бир жүктөө ылдамдыгында дегил, изилденген бүтүн ылдамдыкларда йүк ташыма сыйымдуулуксини гелиштирмиштир.

Ошентсе да 200 mm/мүнөт хâлâ герчек соккудеки жергиликтүү сүрөт дегиштирме ылдамдыкларындан абдан дагы дүшүк олабилир. Бу кысуу тажрыйбалари ылдамдык дуйарлылыгыны гөстермекте, бирок түшкөн салмак тартипсындаки там динамик материал йасасыны вермемектедир.

Негатиф Poisson катышы недир?

Геленексел бир материал дүшей йөнде сыкыштырылдыгында йанлара догру кеңлер. Бу давраныш позитиф Poisson катышыйла ифаде едилир. Негатиф Poisson катышлы вейа “ауксетикалык” бир клеткасел түзүм болсо дүшей катары сыкыштырылдыгында йанал йөнде де иче догру таралабилир.

Изилдөөнүн 5. сайфасындаки Шекил 1, иче гиринтили тек бир клетканин дөндүрүлерек үч өлчөмдүү клеткасел бир түзүмйа дөнүштүрүлмесини көрсөтөт. Шекил 2 болсо NPR клеткасийле PPR контрол клеткасини салыштырууктадыр.

NPR давранышынын сокку корумасындаки бекленен еткмененри шунлардыр:

• Дарбе бөлгесине догру йанал таралма.
• Жел долгунун жергиликтүү катары сыкыштырылмасы.
• Дарбе йүкүнүн дагы кең бир искелет бөлгесине актарылмасы.
• Чөкме ве нүфузун сынырландырылмасы.
• Хүжре ве долгу арасында бирликте деформация.

NPR ве PPR өзөклер насыл өндүрүлгөн?

NPR түзүмү дүзлем үчүнде 6×6 клеткаден ве калынлык йөнүнде үч табакадан олушмуштур. PPR түзүмүнда клетка ачжылуулук 60°’ден 120°’йе дегиштирилмиштир. Ачынын дегишмеси топлам дыш бойуту бүйүттүгү үчүн PPR үлгүси 5×5×3 клетка дизилимийле даярдалган.

Хер ики искелет Future 7500 найлон материалден тандама лазердик синтерлөө ыкмасыйле өндүрүлгөн. 2CFP-STG искелетин үзерине йерлештирилмиш ве жай агымшындан йарарланыларак 24–48 саат бойунжа боштуктара гирмеси бекленмиштир. Үст ве алт бетлере 1 mm калынлыгында көмүртек буласы менен бекемделген полимер левхалар түзүмштырыларак сандвич үлгүлөр алынган.

Кесин клетка узунлуклары, чубук калынлыклары, дыш бойутлар ве бторыл тыгыздыклар йүкленен досйада булунмайан Шекил S7 ве Табло S1’де маалыматлмиштир. Ошондой эле NPR менен PPR’нин:

• Топлам массаси,
• Найлон хажми,
• Долгу өлчөмы,
• Бторыл тыгыздыгы,
• Йүзей левхасына бторланан топлам аланы

ешитленмиш катары рапор едилмемиштир. Бу неденле салыштырууда йалнызжа Poisson катышы дегил, клетка сайжылуулук ве материал дторылымы да еткили олабилир.

Долгулу ве долгусуз клеткаларин кысуу давранышы

11. сайфадаки Шекил 7, салымыз 2CFP-STG, чыплак NPR ве PPR клеткалари менен гель долдурулмуш NPR ве PPR клеткаларини салыштырууктадыр.

Йалнызжа 2CFP-STG эң төмөн герилмейи ташымыштыр. Чыплак клеткалык каркаслер дагы йүксек рижитлик көрсөткөн. Долгулу түзүмлар гельден дагы күчтүү, бирок каршылык гелен чыплак клеткаларден дагы дүшүк герилмели бир давраныш сергмененмиштир.

%5,32 деформацияде:

Чок дүшүк деформациялерде PPR табанлы түзүмлар бир өлчөм дагы йүксек герилме көрсөткөн. Гериним арттыкча NPR клеткалари PPR клеткаларини гечмиш ве фарк гидерек бүйүмүштүр. Бу егилим, NPR клеткасинин илк темас анындан зийаде мененрлейен кысуу ашамасында дагы еткили геометрик кжылуулуктлама олуштурдугуну дүшүндүрмектедир.

Долгулу клеткаларин чыплак искелетлерден дагы дүшүк герилме ташымасы, долгунун статик рижитлиги догрудан артырмадыгыны көрсөтөт. Изилдөөйа ылайык гель есас катары жергиликтүү деформацияа катылмакта, клеткалар арасындаки йүк актарымыны дегиштирмекте ве динамик йүкте ылдамдык бторымлы сөнүмлеме сторламактадыр.

Дүшен торырлык тажрыйбаи насыл герчеклештирилмиштир?

Дарбе тажрыйбалари Instron 9350 жихазында түзүмлмыштыр. Темел тажрыйба шарттары шөйледир:

Изилдөөдө куввет-заман ве куввет-йер дегиштирме егрмененри кайдедилмиштир. Гөрүнүр сөнүмленен энергия, куввет-йер дегиштирме егрисинден хесапланмыш ве көрүнмө энергия сиңирүү натыйжалуулугу шу бичимде танымланмыштыр:

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

Бурада \(Е_{\mathrm{diss}}\), егриден хесапланан гөрүнүр сөнүмленен энергияйи; \(Е_{\mathrm{imp,act}}\), жихаз маалыматсинден алынган герчек гелен сокку энергиясыни ифаде етмектедир.

Изилдөөчүлөрын айрыкча “гөрүнүр” ифадесини кулланмасы маанилүүдир. Хесапланан маани, композит үчүнде жылуулук, чатлама ве вискоз жоготуула түкетмененн энергияйи бүтүнүйле бирбиринден айырмамакта; вуружунун өлчүлен куввет-йер дегиштирме давранышындан түретмененн топлу бир көрсөткүчдир.

Карбон фибер салымынын 10 J соккудеки еткиси

12. сайфадаки Шекил 8(а-б), искелети булунмайан сандвичлерде салымыз STG ве 2CFP-STG өзөклерини салыштырууктадыр.

Карбон фибер салымы чоку күчни болжол менен %4 артырмыш, максимум жылышйи болжол менен %6,7 азалтмыштыр. Ошондуктан CF@PDA таквийесинин тек башына еткиси өлчүлебилир олмакла бирликте, клеткалык каркасин олуштурдугу дегишимден абдан дагы кичинекейтүр.

NPR искелетинин 10 J соккудеки еткиси

Искелетсиз STG сандвич менен NPR-STG каршылаштырылдыгында чоку күч 1.579,6 N’дан 3.034,3 N’а йүкселмиш, максимум жылыш 12,52 mm’ден 6,42 mm’йе дүшмүштүр.

Искелетсиз 2CFP-STG менен NPR-2CFP-STG каршылаштырылдыгында болсо чоку күч 1.642,7 N’дан 3.122,9 N’а йүкселмиш, максимум жылыш 11,68 mm’ден 5,98 mm’йе дүшмүштүр.

Бу натыйжалар, сокку тартипсында йер дегиштирмейи сынырлайан башлыжа унсурун көмүртек буласы салымындан абдан NPR искелети олдугуну көрсөтөт. Карбон фибер салымы чекирдегин дестек сыйымдуулуксини гелиштириркен клеткасел түзүм йүкү ташымакта ве долгунун йанал харекетини сынырландырмактадыр.

NPR ве PPR түзүмларынын 10 J салыштыруусы

13–14. сайфалардаки Шекил 9, ошол эле 2CFP-STG долгусу ве ошол эле номинал сокку энергиясы астында ики клетка геометрисини салыштырууктадыр.

NPR түзүм болжол менен %67,8 дагы йүксек чоку күч олуштурмуш ве максимум жылышйи болжол менен %32,3 азалтмыштыр. Бу натыйжа, вуружуйа дагы еркен ве дагы күчтүү тепки вердигини көрсөтөт.

PPR түзүм болсо дагы узун харекет месафеси ве контакт убактысы бойунжа бираз дагы фазала гөрүнүр энергия сөнүмлемиштир. Ики түзүм ар түрдүү корума стратежмененрини темсил етмектедир:

• NPR: Йүксек дестек, дүшүк чөкме, жергиликтүү нүфузун сынырландырылмасы.
• PPR: Даха чоң деформация аркылуу энергия түкетими.

Корума өлчүтү йалнызжа “согурулан энергия” болсо PPR’нин 10 J сонужунда кичинекей бир үстүнлүгү булунмактадыр. Корума өлчүтү арка йүз харекетини, делинмейи вейа ич боштуктаки хассас компоненте йаклашмайы сынырламак болсо NPR дагы авантажлыдыр.

Йүксек чоку күч неден хер заман үстүнлүк дегилдир?

Бир панелин вуружуйа йүксек кувветле каршы коймасы делинмейи ве чөкме месафесини азалтабилир. Бирок ошол эле йүксек куввет, панелин аркасындаки ташыйыжыйа, жихаза вейа инсана дагы йүксек ивме актарабилир.

Бул изилдөөда арка йүз куввети, дестек реаксиону, корунан несне ивмеси вейа инсан ишенимлиги өлчүлмемиштир. Ошондуктан NPR-2CFP-STG үчүн ен догру ифаде “дагы йүксек йүк ташыма ве йер дегиштирме сынырлама сыйымдуулукси”дир. “Хер шартда дагы ийи сокку изоляцияы” ифадеси изилдөө тарафындан дестекленмемектедир.

20 J сокку натыйжалары

14–15. сайфалардаки Шекил 10 ве Шекил 11, сокку энергиясынин 20 J’а йүкселтилмесийле олушан куввет, йер дегиштирме ве хасары көрсөтөт.

NPR түзүм максимум жылышйи болжол менен %16 азалтмыштыр. Дарбе кийинсында NPR чекирдеги ылайыкже бүтүн калыркен PPR чекирдегинде дагы айкын чатлаклар ве кенарлара догру материал чыкышы гөрүлмүштүр.

Бу натыйжа, NPR клеткаларинин йалнызжа дүшүк энергияде рижитлик сторламадыгыны; сокку энергиясы арттыгында өзөк хасарынын мененрлемесини де гежиктирдигини дүшүндүрмектедир.

30 J сокку натыйжалары

PPR үлгүсинин 41,21 mm’лик харекети болжол менен 27 mm’лик баштапкы калынлыгыны ашмыштыр. Изилдөөчүлөр бу сонужу басит сыкышма дегил, жергиликтүү нүфуз вейа там түзүмдүк сынуу катары йорумламактадыр.

NPR үлгүсинде де жидди өзөк чатлаклары олушмуштур. Бирок бетлер ве өзөк тамамен ажырашуумыш, сэндвич түзүлүш тек парча хâлинде калмыштыр. NPR йер дегиштирмеси PPR’йе ылайык болжол менен %43 дагы дүшүк олмуштур.

30 J егрмененриндеки жуп тепе шу ики ашамайла илишкмененндирилмиштир:

1. Үст беттик плита, клеткалык каркас ве долгунун илк йүк ташымасы.
2. Илери чөкме вейа нүфуз кийинсында вуружунун сыкышмыш чекирдеге йа да алт беттик плитана икинжи кез темас етмеси.

Бу меканизма куввет егрмененри ве сон хасар фотографларыйла уйумлудур. Бирок жогорку ылдамдыктагы камера, кесит сүрөтлеме вейа жихаз ичи темас анализи түзүмлмадыгындан икинжи тепенин кесин кайнторы догрудан өлчүлмемиштир.

Текрарлы сокку давранышы

16. сайфадаки Шекил 12’де ошол эле NPR-2CFP-STG үлгүсинин ошол эле ноктасына үч ырааттуу 10 J сокку колдонулган.

Биринжи ве икинжи соккунин куввет севийелери бирбирине йагымн калмыштыр. Үчүнжү соккуде чоку күчнин азалмасы, чөкме ве контакт убактысынин артмасы түзүмнын рижитлигини кайбетмейе башладыгыны көрсөтөт.

Үч сокку бойунжа гөрүнүр сөнүмленен энергия 7,97–8,34 J, көрүнмө энергия сиңирүү натыйжалуулугу болсо %74,70–%78,93 аралыгында калмыштыр. Бөйлеже түзүм хасар бириктирмесине ртормен энергияйи түкетме сыйымдуулуксинин чоң бөлүмүнү сактаган.

Илк соккунин куввет егриси дагы фазала толкунланма гөстериркен кийинки егрмененр дагы дүзгүн хâле гелмиштир. Бу дегишим илк соккуде клеткаларде жергиликтүү сынуу, долгунун йениден дторылымы вейа йүк актарым йолларынын ккабыл алуучу бичимде дегишмесийле илишкили олабилир.

Бирок бу тажрыйба үч бторымсыз үлгүнин салыштыруусы дегилдир. Тек бир үлгүнин ошол эле ноктасындаки ырааттуу хасары көрсөтөт. Сонучларын истатистиксел текрарланабилирлиги үчүн бирден фазала үлгүде ошол эле тажрыйба дизисинин герчеклештирилмеси герекир.

Өнермененн ортак корума меканизмасы

Изилдөөчүлөрын өнердиги меканизма үч дүзейде ачыкланабилир:

1. Малземе дүзейи: STG ылдам кесме астында сертлешир ве вискоз-еластик энергия түкетими сторлар.
2. Ара йүз дүзейи: Полидопамин каплы көмүртек булалары гель үчүнде йүк ташыр ве деформацияа каршылык гөстерир.
3. Йапы дүзейи: NPR клеткалари сокку тартипсында иче догру капанарак гельи сынырлар, жергиликтүү кысууйы артырыр ве вуружунун харекетини кысалтыр.

NPR клеткасинин иче таралмасы, 2CFP-STG’йи дагы еркен бир ашамада сыкыштырылмыш ве йүксек кесме ылдамдыгына маруз калан дурума гетиребилир. Бөйлеже гель ылдам бичимде дагы серт давранмайа башлар ве клеткалык каркасле ортак йүк актарымы мейдана гелир.

Бу меканизма статик кысуу егрмененри, сокку кувветлери, дагы дүшүк чөкме ве хасар фотографларыйла дестекленмектедир. Ошентсе да изилдөө тартипсында клетка деформацияу ичериден сүрөтленмемиш; санарип сүрөт корреляциясы, X-нур томографиясы вейа догруланмыш сонлу елеман модельи кулланылмамыштыр. Геометрик кысуу меканизмасы тажрыйбаларле уйумлу, бирок там алан өлчөөүйле догрудан догруланмамыш бир ачыкламадыр.

Изилдөөнүн күчтүү йөнлери

• Малземе ара йүзү менен клеткасел түзүм тасарымыны ошол эле сэндвич композитте бириктирүүктедир.
• Полидопамин каплы көмүртек буласы бетини SEM менен көрсөтөт.
• Дөрт ар түрдүү көмүртек буласы катышыны жыштык ве кысуу тажрыйбаларийле салыштырууктадыр.
• NPR ве PPR клеткаларини ошол эле гель долгусуу астында изилдейт.
• Искелетсиз, салымыз, фибер таквийели ве клеткасел үлгүлөри ашамалы катары салыштырууктадыр.
• 10, 20 ве 30 J олмак үзере үч сокку энергиясы кулланмактадыр.
• Куввет, йер дегиштирме, контакт убактысы, көрүнмө энергия басаңдатуу ве физиксел хасары бирликте баалооктедир.
• Айны ноктадаки үч ырааттуу соккуйле хасар бирикимини изилдейт.
• 30 J тажрыйбаинде NPR түзүмнын там ажырашууйы гежиктирдигини ачык бичимде көрсөтөт.

Изилдөөнүн чектелгенлыклары

• Изилдөө рецензиядан өтпөгөн препринт.
• Шекил S1–S7 ве Табло S1 йүкленен досйада булунмамактадыр.
• STG’нин 240 °Ж’деки кесин реаксион мөөнөтү ачыкланмамыштыр.
• Tris-HCl ве допамин чөзелтмененринин концентрациялери маалыматлмемиштир.
• Каплама пХ маании текстде 8, хазырлама шемасында 8,5 катары көрсөтүлгөн.
• Ики мерданели аралаштыруунын ишлем параметрелери ачыкланмамыштыр.
• Фибер катышынын эсептөө табаны там катары танымланмамыштыр.
• Полидопамин капламасынын калынлыгы ве химиялык курамы өлчүлмемиштир.
• Ара йүз бекемдиги догрудан сынанмамыштыр.
• Фибер дторылымы ве топакланмасы нижел катары сүрөтленмемиштир.
• %2 фибер катышы бүтүн сокку шарттарында дигер катышларла каршылаштырылмамыштыр.
• NPR ве PPR үлгүлөринде клетка сайжылуулук ошол эле дегилдир.
• NPR ве PPR түзүмларынын массаси менен бторыл тыгыздыгы рапор едилмемиштир.
• Кесин клетка геометрмененри йалнызжа ексик дестек билгмененринде булунмактадыр.
• Нумуне дыш бойутларынын тамамы ана текстде ачыкланмамыштыр.
• Йүзей левхаларынын түзүмштырыжжылуулук ве түзүмштырма проседүрү маалыматлмемиштир.
• Дарбе тажрыйбаларинин бторымсыз текрар сайылары белиртилмемиштир.
• Сонучларда ката чубугу, стантарт сапма вейа истатистиксел анламлылык сыноои булунмамактадыр.
• Текрарлы сокку йалнызжа бир үлгүнин ошол эле ноктасында герчеклештирилмиштир.
• Арка йүз деформацияу ве актарылан дестек куввети айры катары өлчүлмемиштир.
• Дарбе тартипсындаки ич клетка харекети сүрөтленмемиштир.
• Өзгүл энергия жутулуу вейа бирим масса башына өндүрүмдүүлүк хесапланмамыштыр.
• Сыжаклык, нем, УВ, су, химиялык ортам ве узак мөөнөттүү жашланма изилденген эмес.
• Йангын давранышы ве думан ишенимлиги араштырылмамыштыр.
• Йүксек ылдам, баллистикалык вейа жарылуу йүклери сынанмамыштыр.
• Үретим нарки, онарылабилирлик ве гери дөнүшүм маанилендирилмемиштир.

Изилдөө нейи дестеклемектедир?

Изилдөө, полидопамин каплы кыска көмүртек буласылерин STG’нин дүшүк жыштык сүрөт туруктуулыгыны ве ар түрдүү йүклеме ылдамдыкларындаки кысуу каршылыгыни гелиштиребилдигини дестеклемектедир. Ошондой эле 3B баскылы негатиф Poisson катышлы клеткаларин, изилденген кичинекей масштабдуу сандвич үлгүлөрде 10–30 J дүшүк ылдам соккулер астында йер дегиштирмейи сынырландырдыгыны ве йүксек энергияде там түзүмдүк ажырашууйы PPR контрол түзүмүна ылайык гежиктирдигини көрсөтөт.

Изилдөө нейи далилдебейт?

Изилдөө, NPR-2CFP-STG’нин хер түр сокку корумасында ен ийи түзүм олдугуну далилдебейт. Даха йүксек чоку күч, куввет изоляцияы герекен колдонмоларда истенмейебилир. Сонучлар баллистикалык бекемдик, жарылуу корумасы, инсан ишенимлиги, ташыт чарпышма ишенимлиги вейа сертификалы хаважылык колдонулушу анламына гелмемектедир. Ошондой эле гөзленен фаркларын тамамынын йалнызжа негатиф Poisson катышындан ширетүүландыгы сөйленемез; NPR ве PPR үлгүлөринин клетка сайылары, мухпайдубал массалери ве бторыл тыгыздыклары там катары ешитленмемиштир.

Изилдөөнүн Йөнтеми ве Булгулары

Малземелерин өзети

Нумуне хазырлама адымлары

1. Диметил силикон йторы ве бор кислотасы 10:1 масса катышында карыштырылмыштыр.
2. Карышым 240 °Ж’де реакцияйе сокулмуш ве согутуларак STG даярдалган.
3. Кыса көмүртек булалары Tris-HCl тампону үчүнде дторытылмыштыр.
4. Допамин ве NaOH екленерек 24 саатлик каплама герчеклештирилмиштир.
5. CF@PDA, STG үчүне эки валдуу аралаштыргычйла %1, %2, %4 вейа %6 катышында катылмыштыр.
6. NPR искелети 6×6×3, PPR искелети 5×5×3 клетка дизилимийле басылмыштыр.
7. 2CFP-STG, искелет боштуктарына 24–48 саат бойунжа жайча нүфуз еттирилмиштир.
8. Үст ве алт бетлере 1 mm көмүртек буласы композит левхалар түзүмштырылмыштыр.

Карактеризасйон ве тажрыйба дүзени

Темел материал натыйжалары

10 J сокку натыйжаларынын топлу салыштыруусы

NPR-PPR йүксек энергия салыштыруусы

Сонучларын мүхендислик анламы

Саха вейа үрүн колдонулушундан мурун герекли валидациялар

• Ексик дестек билгмененри ве бүтүн өндүрүш параметрелери йайымланмалыдыр.
• NPR ве PPR үлгүлөри ошол эле масса ве бторыл тыгыздыкта йениден тасарланмалыдыр.
• Дарбе тажрыйбалари хер шарт үчүн бирден фазала бторымсыз үлгүде текрарланмалыдыр.
• Стантарт сапма, ишеним аралыгы ве анламлылык сыноолору маалыматлмелидир.
• Арка йүз йер дегиштирмеси, дестек реаксиону ве корунан несне ивмеси өлчүлмелидир.
• Йүксек ылдам камера ве санарип сүрөт корреляциясыйла клетка деформацияу изленмелидир.
• Дарбе кийинсы ич хасар X-нур томографиясы вейа ултрасонла инжеленмелидир.
• %1, %2, %4 ве %6 фибер ичерен сандвичлерин сокку өндүрүмдүүлүкы догрудан каршылаштырылмалыдыр.
• Фарклы вуружу геометрмененри ве сыныр шарттары кулланылмалыдыр.
• Чок нокталы ве ар түрдүү аралыклы текрарлы соккулер дененмелидир.
• Сыжаклык, нем, жашланма ве өрт жүрүм-туруму белирленмелидир.
• Сонлу елеман модельийле клетка-долгу-бет еткмененшими догруланмалыдыр.
• Күтле башына энергия жутулуу ве нарк-өндүрүмдүүлүк анализи түзүмлмалыдыр.
• Пилот масштабдуу отомотив, хаважылык вейа өнөр жайлык панел тажрыйбалари герчеклештирилмелидир.

Булак жана метод эскертүүсү

Изилдөөнүн там өзгүн ады:Полйдопамине-Фунжтионализед Жарбон Фибер Реинфоржед Схеар Тхижкенинг Гел/NPR Сандwижх Жомпоситес фор Ымпажт Ресистанже

Йазарлар ве тартиплары: Хаонан Суо; Ке Зханг; Каифа Wанг; Схенг Wанг; Йао Ли.

Ешит салымлы автор билгиси: Изилдөөдө тең салымлы вейа ортак биринжи автор билдирими булунмамактадыр.

Сорумлу автор билгиси: Йазар листесиндеки йылдыз ишарети Ке Зханг’ы жооптуу автор катары көрсөтөт. Ошентсе да йазышма сатырында Ке Зханг ве Йао Ли’йе аит ики е-поста адреси бирликте маалыматлмиштир. Йао Ли’нин ортак жооптуу автор олуп олмадыгы ачык бичимде ишаретленмемиштир.

Йазышма адреслери: zhangke@hit.edu.cn; liyao@hit.edu.cn.

Йазар-мекеме ешлешмеси:

1. Хаонан Суо: МЫЫТ Кей Лабораторй оф Жритижал Материалс Тежхнологй фор Неw Енергй Жонверсион анд Стораге; Сжхоол оф Жхемистрй анд Жхемижал Енгинееринг, Харбин Ынституте оф Тежхнологй, Харбин, Чин.
2. Ке Зханг: МЫЫТ Кей Лабораторй оф Жритижал Материалс Тежхнологй фор Неw Енергй Жонверсион анд Стораге; Сжхоол оф Жхемистрй анд Жхемижал Енгинееринг, Харбин Ынституте оф Тежхнологй, Харбин, Чин.
3. Каифа Wанг: Сжхоол оф Сжиенже, Харбин Ынституте оф Тежхнологй, Схензхен, Гуангдонг, Чин.
4. Схенг Wанг: ЖАС Кей Лабораторй оф Межханижал Бехавиор анд Десигн оф Материалс; Департмент оф Модерн Межханижс, Университй оф Сжиенже анд Тежхнологй оф Жхина, Хефеи, Анхуи, Чин.
5. Йао Ли: Жентер фор Жомпосите Материалс анд Стружтуре, Харбин Ынституте оф Тежхнологй, Харбин, Чин.

Ширетүү түрү: Малземе синтези, бет ишлевселлештирме, реоложи, кысуу ве дүшүк ылдам түшкөн салмак тажрыйбалари ичерен эксперименттик препринт изилдөө макалеси.

Кону аланы: Кесме калынлашан гельлер, көмүртек буласы композитлер, полидопамин ара йүзлери, ауксетикалык метаматериалдар, сэндвич түзүлүшлар ве сокку бекемдиги.

Хакемлик дуруму: Изилдөө рецензиядан өткөн эмес. Йүкленен досйанын хер сайфасында препринт ве хакемлик уйаржылуулук булунмактадыр.

Йайын платформау: SSRN.

Платформ сторлайыжжылуулук: Елсевиер SSRN Препринт Сервижес.

SSRN кайыт нумарасы: 7203447.

DOI:10.2139/ssrn.7203447

Ресмî шилтеме:SSRN кайыт сайфасы

Йайын йылы: 2026.

Дерги: Хакемли бир журналде йайымландыгы ырасталган эмес.

Өзгүн журнал басмакана: Догруланмыш бир хакемли журнал вейа журнал басмакана булунмамактадыр. SSRN бир препринт платформаудур ве хакемли журнал катары сунулмамалыдыр.

Финансман: Изилдөө, Аеронаутижал Сжиенже Фоундатион оф Жхина ве Жхинесе Аеронаутижал Естаблисхмент Прожежт тарафындан 2023Z055077007 нумаралы прожейле дестекленмиштир.

Чыкар чатышмасы: Йүкленен ана текстде айры ве ачык бир кызыкчылыктар кагылышы билдирими йер алмамактадыр.

Йазар салымлары: ЖРедиТ вейа бензери айрынтылы автор салымы билдирими булунмамактадыр.

Вери ве код жеткиликтүүлүгү: Ачык маалымат депосу, хам реометр маалыматси, сокку жихазы маалымат досйасы, үч өлчөмдүү модель досйасы вейа анализ коду шилтемесы маалыматлмемиштир.

Ексик дестек билгмененри: Ана текстде атыф түзүмлан Шекил S1–S7 ве Табло S1 йүкленен досйада булунмамактадыр. Бу неденле STG реаксион мөөнөтү оптималдаштырууу, базы спектроскопияк валидациялар, йүксеклик корума тажрыйбаи ве клеткаларин кесин геометрик өлчүлери бторымсыз катары инжеленемемиштир.

Темел рапорлама уйушмазлыгы: Полидопамин каплама ортамынын пХ маании ыкма метнинде 8, Шекил 3’теки хазырлама шемасында 8,5 катары гөстерилмектедир. Бу маани текрарланабилирлик ачжылуулукндан дүзелтилмелидир.

Бу Түркче ачыклама, йүкленен изилдөөнүн бүтүн ана метни, 12 ана шекли, материал хазырлама проседүрлери, реологиялык егрмененри, кысуу тажрыйбалари, 10–30 J сокку маалыматтари, хасар фотографлары ве текрарлы сокку натыйжалары инжеленерек даярдалган. Билимсел ичерик йалнызжа изилдөөдө сунулан тажрыйба ве йорумларла сынырландырылмыштыр. Дыш ширетүүлар йалнызжа SSRN кайды, DOI, платформа, е-поста ве мекемесал кимлик билгмененринин библийографик валидациясы амажыйла колдонулган.

Сонучлар; изилдөөнүн хакемликтен гечмемиш олмасы, дестек билгмененринин булунмамасы, NPR-PPR үлгүлөринин клетка сайжылуулук ве мухпайдубал масса багыммындан там ешитленмемеси, тажрыйба текрарларынын ве истатистиксел белгисиздиклерин ачыкланмамасы, дагы йүксек чоку күчнин хер корума амажы үчүн үстүнлүк анламына гелмемеси ве натыйжаларын йалнызжа кичинекей масштабдуу дүшүк ылдам сокку шарттарына дайанмасы диккате алынарак йорумланмалыдыр.