بررسي رفتار مكانيكي ساختارهاي سلولي فلزي با در نظر گرفتن نقصهاي هندسي ناشي از روش توليد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

يكي از مورد توجهترين قطعات توليد شده به روش ساخت افزودني، ساختارهاي منظم سلولي همچون ساختارهاي اوكتت و رامبيوكتاهدرون ميباشد. كه در صنايع مهمي مانند صنايع هوافضا و پزشكي، بهدليل داشتن نسبت استحكام به وزن بالا در كاربردهايي همچون سازههاي باربر سبك وزن، ايمپلنتهاي پزشكي، جاذبهاي انرژي و... مورد استفاده قرار ميگيرند. توليد ساختارهاي سلولي با روش ساخت افزودني داراي مشكلاتي است. از جمله اين مشكلات ميتوان به اختلاف زياد بين خواص مكانيكي پيشبيني شده با استفاده از ساختار ايدهآل و خواص بدست آمده از ساختارهاي توليد شده اشاره نمود. يكي از مهمترين دلايل عدم تطابق رفتار مكانيكي ساختارها وجود نقصهاي هندسي در سازه ساختار ميباشد. اين نقصهاي هندسي در دستهبنديهاي مختلفي همچون وجود جرمهاي اضافي در محل مفصلها، ازدياد يا كاهش طول ميلهها، تغييرات قطر ميلهها و... دستهبندي ميشوند. پيشبيني رفتار مكانيكي اين دسته از ساختارهاي سلولي منظم با درنظر گرفتن اثرات نقصهاي هندسي به وجود آمده در ساختار آنها داراي چالشهاي زيادي بوده و همواره نيازمند هزينه محاسباتي بالا و استفاده از روشهاي پيچيده براي پياده سازي اثرات نقص هندسي بر روي رفتار مكانيكي آنها ميباشد. در اين پژوهش، براي بررسي اثرات نقصهاي هندسي بر روي رفتار مكانيكي ساختارهاي اوكتت و رامبيوكتاهدرون ساخته با روش ذوب ليزري انتخابي ) (SLMپودر آلياژ آلومينيوم )،(AlSi10Mg ابتدا ساختارها تحت تحليل كمانش خطي قرار گرفته و مودهاي كمانش هر ساختار به همراه مقادير جابجايي تمامي گرههاي المانهاي ساختار استخراج ميشود. سپس به ازاي تعداد مشخص مود كمانش، مقادير جابجايي به صورت خطي با يك ضريب ثابت تحت عنوان ضريب نقص هندسي به گرههاي سازه ايدهآل اعمال ميشود و به اين ترتيب سازه داراي نقص بدست ميآيد. سپس ساختار تحت بارگذاري فشاري قرار ميگيرد و از همگرايي بين پاسخ بدست آمده از شبيهسازي و پاسخ تستهاي تجربي مقادير مربوط به تعداد مودهاي كمانش و ضريب مورد نظر استخراج ميگردد. نحوه در نظر گرفتن اثرات نقصهاي هندسي به وجود آمده ناشي از فرآيند توليد ساختارهاي هندسي با اين روش، در عين سادگي داراي هزينه محاسباتي پايينتري نسبت به ساير روشها ميباشد. از اين روش ميتوان در انواع هندسههاي توليدي با استفاده از روشهاي مختلف ساخت افزودني استفاده نمود. نتايج بدست آمده از تطابق خوبي با دادههاي تجربي برخوردار هستند. همچنين در اين پژوهش رفتار دو ساختار اوكتت و رامبيك با استفاده از تحليل چند مقياسي حجمك نماينده آنها تحت شرايط مرزي پريوديك نيز مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج بدست آمده نشان ميدهند با افزايش مقادير فاكتورهاي نقص همواره استحكام سازه كاهش مييابد. رفتار ساختار رامبيك نسبت به تغييرات پارامترهاي نقص شامل Nو ،fنسبت به ساختار اوكتت بسيار حساس بوده و با كمترين تغييرات در فاكتورهاي نقص، پاسخ بدست آمده دچار كاهش استحكام، زيادي ميشود. از طرفي ساختار اوكتت نيازمند مقادير بيشتري از پارامترهاي نقص ميباشد تا رفتار واقعي را شبيهسازي كند. مقادير مدول يانگ بدست آمده از پاسخ شبيهسازي نسبت به دادههاي تجربي، براي ساختارهاي داراي نقص اوكتت و رامبيك به ترتيب ٪4و ٪22/7اختلاف دارند درحالي كه براي ساختار ايدهآل اين اختلاف به ترتيب برابر با ٪48و ٪45 ميباشد

223847

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان