A modified honeycomb for better energy absorption capacity

Questa ricerca è stata condotta in collaborazione con il Saint Louis Institute, un laboratorio di ricerca e sviluppo specializzato nel settore della difesa. I risultati sono stati presentati alla conferenza LWAG 2022 (Light-Weight Armour for Defence & Security) in Germania. In questo studio, valutiamo le proprietà di assorbimento di un pannello sandwich il cui nucleo, composto da una struttura a nido d'ape in alluminio, presenta una nuova configurazione cellulare. Questo lavoro contribuisce allo sviluppo di pannelli sacrificali per applicazioni corazzate.

In genere, quando un pannello è sottoposto a un urto ultrarapido (pochi millisecondi), come un'esplosione, è possibile distinguere tre regimi di deformazione del pannello. La prima fase è una deformazione elastica lineare in un tempo molto breve; questa è la fase di compressione.

Una volta raggiunto il picco di compressione, si entra in un regime di deformazione a sforzo costante; questo è il plateau di schiacciamento. Una volta superato questo plateau, lo spessore della struttura si riduce notevolmente e lo sforzo aumenta rapidamente fino alla completa compattazione; questo è il regime di densificazione.

In questo studio indaghiamo l'influenza di diversi parametri geometrici del nido d'ape:

• L'altezza;
• Il diametro della cella;
• Spessore della parete;
• L'influenza dell'incollaggio delle pelli;
• Configurazione cellulare: esagonale (classica) e modificata da EC3D.

I vari campioni sono stati sottoposti a prove meccaniche standardizzate in condizioni quasi-statiche (ASTM C365M e ASTM D7336M). Sono state eseguite correlazioni numeriche mediante analisi agli elementi finiti per valutare la rilevanza dei risultati sperimentali. Infine, sono stati condotti test in condizioni di esplosione reale (dinamica rapida) per valutare le differenze di comportamento.

I risultati di questo studio evidenziano i vantaggi della nuova configurazione cellulare modificata. A parità di materiale, densità equivalente (il parametro predominante) e costi di produzione simili, le prestazioni della nostra struttura sono superiori. Di conseguenza, ciò significa che, a parità di proprietà meccaniche, la nostra struttura richiederà meno materiale (fino al 30% in meno), il che rappresenta un vantaggio significativo per molti settori.