V sklopu predlaganega projekta so bili razviti zaščitni kompozitni materiali z oblikovnim spominom. Izdelani so bili na način, da so bile v osnovno polimerno matrico vgrajene kovinske ojačitve iz NiTinola, ki ima oblikovni spomin. Takšni kompoziti zajemajo vse prednosti geometrije poroznosti na eni strani in nosilnih ojačitev iz materialov z oblikovnim spominom na drugi. Na ta način s takšno kombinacijo dobimo nekatere lastnosti, ki jih ni mogoče doseči s konvencionalnimi materiali, npr. možnost doseganja negativnega Poissonovega števila in sposobnost (samo)popravljanja geometrije izdelkov. Poleg 3D CAD modelov in izpeljanih virtualnih simulacij so bili izdelani tudi eksperimentalni, fizični preizkušanci, ki so bili med tem tudi že testirani na preizkuševališčih.

V dosedanjem času trajanja projekta sta bila razvita dva neodvisna koncepta, ki sta vključevala:

i) Izdelavo in preizkus reakcijskega odziva hibridne celične strukture z zmožnostjo preobrazbe celic, oblikovanih v silhuete diamantnih oblik – glej Sliko 1 in

ii) Razvoj ter izdelavo avksetičnega kompozita s sposobnostjo koriščenja oblikovnega spomina žic za regeneracijo poškodovanih delov – glej Sliko 2.

V obeh primerih regeneracija prizadejanih poškodb na površini strukture temelji na izkoriščanju oblikovnega spomina žic izdelanih iz zlitine NiTinola. Predstavljeni in izdelani več-funkcionalni strukturi z zmožnostjo preobrazbe celic izkoriščata ugodne lastnosti poroznosti, kot so možnost vplivanja na odzivanje z želenim pozitivnim ali negativnim Poissonovim razmerjem, dušenje hrupa in vibracij.

Slika 1: Hibridna celična struktura oblikovana v silhuete diamantnih oblik.

Slika 2: Avksetični kompozit s sposobnostjo regeneracijo poškodovanih delov.

V zadnjem delu projekta se osredotočamo na izdelavo optimizirane učinkovite zaščitne balistične zaščite, kar tudi sovpada z odločitvijo Evropske komisije in novimi smernicami, ki napovedujejo vlaganja za okrepitev evropske obrambe. Aktivno delujemo na razvoju posebnega zaščitnega kompozita, ki vključuje v jedru celično oblikovano osnovo z avksetičnimi lastnostmi (glej Sliko 3). Povečan zaščitni učinek je načrtovan z dodajanjem ne-Newtonske tekočine v celice kompozita in dodano kevlar plastjo na prednjo ploskev strukture.

Slika 3: Delovanje na konceptu razvoja aktivnega celičnega kompozita s povečano balistično zaščito.

Pripravljena in v sistemu COBISS so tudi objavljena tri od načrtovanih štirih obširnejših poročil dela v skladu s časovnico uresničevanja projekta. Njihovi kratki povzetki so sledeči:

Mejnik M1: Določitev osnovnih oblik celic kompozita in poteka ojačitev iz SMA materiala.

V prvem delu poteka raziskav smo opredelili obstoječe znane oblike zaproceličnih struktur in por, preverili njihove prednosti/slabosti ter nato izoblikovali dva ločena koncepta oblikovanja celic strukture. Prvi je vseboval silhueto diamantne oblike celic, drugi pa avksetično oblikovane celice. V tem delu smo s postopkom 3D tiskanja že izdelali prve eksperimentalne primerke preizkušancev, ki so bili s testom žice iz NiTinola že preliminarno testirani. Na ta način smo pridobili osnovne lastnosti materialov za potrebe MKE simulacij. Za več podrobnosti glej: COBISS.SI-ID 194560515.

Mejnik M2: Eksperimentalna karakterizacija in povratni inženiring za osnovni material.

V drugem delu poteka raziskav so bile natančno izoblikovane oblike celic, kjer je bila glavnina časa raziskav posvečena optimizaciji celičnih povezav za olajšano rotacijo celic, med deformacijo. Hkrati je bila tudi izvedena ustrezna namestitev žične armature iz Nitinola v matriko kompozita. Na sestavu kompozita so bili nato izvedeni statični preizkusi odzivnosti na eksperimentalnem servohidravličnem preizkuševališču MTS, kjer smo določili mejo plastičnosti in natezno trdnost sestava. Za več podrobnosti glej: COBISS.SI-ID 216843267.

Mejnik M3: Definiranje optimalnih končnih oblik novih zaščitnih struktur z zmožnostjo celične preobrazbe, za namen eksperimentalnih testov.

V tretjem delu poteka raziskovanja so bili izvedeni eksperimentalni testi načrtnih obremenitev kompozitnih struktur in takoj za tem preizkus regeneracije deformiranih delov geometrije. Natančno je bila preizkušena temperaturna aktivacija nameščene notranje armaturo iz zlitine NiTinola v dveh različnih medijih (na vročem zraku in s potapljanjem v vodi). Analizirane so prednosti in slabosti enega in drugega načina aktivacije. Za več podrobnosti glej: COBISS.SI-ID 223202563.

Med raziskovanjem možnosti uporabe celičnih struktur z možnostjo preobrazbe celic je bilo odkrito še eno mogoče področje uporabe rešitev iz tekočega projekta, to je gozdarstvo in zaščita dreves. V letu 2024 smo razvili posebno avksetično objemno varovalno strukturo, ki se deformira v skladu z negativnim Poissonovim razmerjem, kar pomeni, da se samodejno prilagaja rasti drevesa. Struktura ščiti pred poškodbami lubja, ki jih lahko povzročijo divje živali ali človek pri spravilu lesa.

Slika 4: Razvoj in preizkus delovanja nove zaščitne strukture dreves.

Priznanje za odličen prispevek v kategoriji raziskave (Slika 5 – levo):

Tomažinčič D., Klemenc J. Prilagojena tehnika XFEM za odkrivanje razpok v zobnikih in drugih preobremenjenih nosilnih strukturah. Akademija strojništva: inženirstvo – povezovanje za trajnostni preboj, 2023, vol. 12 [COBISS.SI-ID 182089475]

Priznanje za najboljši prispevek Akademije strojništva 2024 (Slika 5 – desno):

Tomažinčič D., Klemenc J. Razvoj aktivnega celičnega kompozita s sposobnostjo koriščenja oblikovnega spomina žic za regeneracijo udrtin in drugih poškodb. Akademija strojništva: inženirstvo – inovativen trajnostni razvoj z visoko dodano vrednostjo, 2024, vol. 13 [COBISS.SI-ID 222143491] 

Slika 5: Dobljena priznanja v okviru temeljnega podoktorskega projekta Z2-50081.