Stability of hard plates on soft substrates and application to the design of bioinspired segmented armor

زره های طبیعی انعطاف پذیر از ماهی ها، آلیاژها یا آرادیلو ها از ترکیبات منحصر به فرد و جذاب خود از سختی، انعطاف پذیری و وزن سبک توجه بیشتری به خود جلب می کنند. به ویژه، کنتراست شدید سختی بین صفحات سخت و بافت نرم اطراف باعث ایجاد مکانیزم های غیر معمول و جذاب می شود که در حال حاضر به عنوان الگو برای طراحی زره ​​های زیست الهام می شود. علیرغم علاقه مبرم به حفاظت انعطاف پذیر از طریق زیست شناسی، دستورالعمل های کمی برای انتخاب مواد، ضخامت مطلوب، اندازه، شکل و تنظیم برای صفحات محافظ وجود دارد. در این کار، ما بر روی یک حالت شکست مواجه هستیم که اخیرا در زره های مقیاس طبیعی و زیست محیطی مشاهده کردیم: چرخش ناپایدار مقیاس های فردی که به نیروهای نقطه محور متمرکز شده اند. ابتدا مجموعه ای از آزمایشات بر روی این سیستم را ارائه می دهیم و به دنبال آن یک مدل مبتنی بر مکانیک تماس و اصطکاک است. ما نتیجه را به یک نمودار ثبات تک تبدیل می دهیم که پارامترهای کلیدی را که باعث شروع پیمایش صفحه از یک نیروی محلی می شود را ضبط می کند. ما دریافتیم که ثبات صفحات فردی بر اساس محل نیروی نقطه بر روی صفحه، توسط اصطکاک در سطح صفحه، توسط اندازه صفحه و با سختی زیر بستگی دارد. در نهایت ما در نهایت بحث خواهیم کرد که چگونه برخی از این پارامترها می توانند در مرحله طراحی بهینه سازی شوند تا سیستم های حفاظتی زیست محیطی با ترکیبی دلخواه از سختی سطح، پایداری و انعطاف پذیری ایجاد شود.