توصيفگر ها :
فوم , وروني , خصيصه يابي , هايپر الاستيك , چگالي نسبي , سلول نماينده ي حجم , مدل سازي , آباكوس
چكيده فارسي :
مواد جامد سلولي، عموما از خاصيت جذب انرژي بالايي برخوردار مي¬باشند و به دليل اين ويژگي، استفاده از آن ها در طيف گسترده اي از كاربردهاي مهندسي مانند استفاده در انواع سپرها و بسته بندي ها به عنوان ضربه گير فراهم شده است.
پيشرفت تكنولوژي در سال هاي اخير باعث شده است كه روش هاي جديدي براي توليد ساختارهاي سلولي ايجاد شود. از جمله ي اين روش ها مي توان به توليد ساختارهاي سلولي با روش ساخت افزودني اشاره كرد. در روش ساخت افزودني، قابليت توليد ساختارهاي سلولي با ويژگي هاي دلخواه مانند تغييرات در ضخامت ديواره ي سلول، مواد تشكيل دهنده ي سلول و خصوصيات ريخت شناسي سلول مانند كنترل نظم سلولي فراهم شده است. اين قابليت ها كه با روش هاي سنتي قابليت كنترل ناچيزي دارند، به انسان كمك مي كند فوم هايي با رفتار كنترل شده طراحي و توليد كنند. اين پيشرفت ها از يك طرف و در دسترس بودن روش هاي ساخت افزودني از طرف ديگر انگيزه را براي مطالعه ي گونه ي جديدي از فوم ها به نام فوم هاي وروني به وجود آورده است. اين فوم ها را مي توان مستقيما در كامپيوتر طراحي، مدل سازي، تحليل و در نهايت مستقيما با روش هاي ساخت افزودني توليد كرد.
در مطالعه ي حاضر از آناليز ميكرو مكانيك بر روي سلول نماينده ي حجم و شبيه سازي چند مقياسه براي تعيين رفتار موثر ساختار فوم وروني استفاده شده است. ايده¬ي كلي آناليز ميكرو مكانيك و شبيه سازي چند مقياسه آن است كه يك ساختار غير همگن ميكروسكوپي (فوم)، بتواند مانند يك محيط پيوسته¬ به صورت ماكروسكوپي مدل شود و اثرات ريز ساختاري آن توسط مدل هاي ماكروسكپي تعيين گردد. در مدل سازي چند مقياسه، تعيين ثابت هاي ماده با استفاده از بررسي پاسخ ميكرو ساختار تحت بارگذاري‌هاي مختلف صورت مي‌گيرد. آزمون‌هاي استاندارد شامل كشش و فشار تك محوره، كشش و فشار دو محوره ي مساوي (برش خالص) و آزمون حجمي مي باشد. در راستاي رسيدن به موارد فوق در اين تحقيق، ضمن تشريح الگوريتم وروني، به روش مدل سازي، شرايط مرزي، روش محاسبه ي تنش در سلول نماينده¬ي حجم و توضيح انواع مدل هاي هايپر الاستيك پرداخته شد. در ادامه اثر پارامترهاي مختلف نظير نوع حل گر، ابعاد و شكل سطح مقطع بر روي نمودار تنش-كرنش فوم وروني مورد بررسي قرار گرفت.
نتايج تحقيق نشان مي دهد كه در خواص مكانيكي فوم ها، چگالي نسبي پارامتر كليدي و مهمي است. در اين پايان نامه، براي قسمت الاستيك نمودار تنش-كرنش فوم وروني، مشابه با رفتار مواد هايپر الاستيك با برازش مدل هايپر الاستيك نئوهوكين بر روي نمودار تنش-كرنش به دست آمده از نرم افزار محاسباتي آباكوس، ثابت هاي مدل هايپر الاستيك براي چگالي¬هاي نسبي متفاوت محاسبه گرديد. دليل استفاده از مدل نئوهوكين در اين تحقيق پايداري و برازش خوب اين مدل بر روي نمودار تنش-كرنش مي¬باشد. يافته هاي تحقيق نشان مي دهد كه تغييرات ثابت¬هاي هايپر الاستيك در چگالي هاي نسبي مختلف از يك رابطه ي چند جمله اي قابل بيان مي باشد. در ادامه با جايگذاري ثابت هاي هايپر الاستيك در تابع پتانسيل انرژي كرنشي، انرژي ذخيره شده در داخل فوم بدون نياز به محاسبات نرم افزاري قابل محاسبه مي باشد.
چكيده انگليسي :
Cellular solids generally have high energy absorption properties and because of that, they have a wide range of engineering applications like being used as shields and in packaging as shock absorbers. Technological progress in the past years has made new methods to create cellular structures possible. Among these methods, creating cellular structures using the additive manufacturing method can be mentioned. The additive manufacturing method has made it possible to create cellular structures with the desired properties like changing cell wall thickness, changing cell components material, and morphological characteristics of the cell like controlling the cellular regularity. These properties which are not controllable using traditional methods, help man to design and manufacture foams with controlled behavior. These improvements and also the availability of additive manufacturing methods have brought on motivation to study a new type of foam called Voronoi foams. These foams can be directly designed, modeled, and analyzed in a computer, and finally, be made using additive manufacturing methods. In the present study, the micro-mechanical analysis of the cell representative elementary volume and multiscale simulation have been used to determine the effective behavior of the structure of the Voronoi foams. The general idea in micro-mechanical analysis and multiscale simulation is for a microscopic structure (the foam) to be modeled macroscopically like a continuous media, and its microstructural effects to be determined by macroscopic models. Determining the material constants in multiscale modeling is achieved through the study of the microstructure responses in different loadings. Standard tests include uniaxial tension and compression, biaxial tension and compression (pure shear), and volume test. In this study, to reach the above-mentioned alongside the definition of the Voronoi algorithm, the modeling method, boundary conditions, stress calculation method in the cell representing volume, and definition of different models of hyperplastic have also been discussed. Then the effects of different parameters like the type of the solver, dimensions, and shape of the cross-section on the stress-strain diagram of Voronoi foams were studied. The results of the study show that in the mechanical properties of the foams, relative density is an important parameter. In this dissertation, using Abaqus calculation software for the elastic section of the stress-strain diagram of the Voronoi foams similar to the behavior of the hyperplastic materials with the neo-Hookean hyperplastic model calculated on the stress-strain diagram, the hyperplastic model constants were calculated for the different relative densities. The reason to use the neo-Hookean model in this study is its stability and good fitting on the stress-strain diagram. Research results indicate that the hyperplastic constants’ changes in different relative densities can be shown in a polynomial relation. After that, by placing the hyperplastic constants in strain energy’s potential function, stored energy in the foam can be calculated without using software calculations.
