Mechanical and material heterogeneity, strain localization and deformation rate effects in crushable expanded polystyrene foams
Notice bibliographique
Résumé
Low-density expanded polystyrene (EPS) foams are widely used in lightweight energy absorption systems such as helmets due to their ability to readily mold into complex geometries. However, varying material flow and cooling rates during manufacturing produce exterior skin layers with substantially higher density and aspect ratio from the core, and the resultant mechanical properties have not been quantified. Previous studies assumed EPS foams were homogeneous, overlooking or intentionally removing the skin from test specimens and constrain their scopes to out-of-plane compression. In this study, closed-cell EPS foam pucks of 30, 50, 80, and 100 g/L were tested under in-and out-of-plane compression at loading rates spanning 0.001–10/s. Specimens were prepared with as molded and core (skin removed) configurations to quantify anisotropy from heterogeneity. Measurements revealed a 98% ± 8% higher density in the skin layers relative to nominal material density and cells skewed 41% ± 6% in the in-plane direction. As-molded specimens exhibited a 38% ± 4% higher plateau stress for in-plane loading compared to out-of-plane, highlighting foam cell elongation as a key strengthening mechanism. Quasi-orthotropic behavior was observed for the core foam material, which possessed more evenly sized cells. Digital image correlation quantified rate-dependent strain localization, providing novel evidence of internal pressure redistribution from viscous gas dynamics within the EPS beads, with 39% lower peak true strains, on average, measured at 10/s compared to 0.001/s. Unloading data also revealed progressive increases in post-crushing strain recovery, increasing an order of magnitude from 0.04 mm/mm to 0.42 mm/mm between 0.001-10/s for the 30 g/L group, confirming more even load distribution and cell fracture mitigation at elevated rates.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».