توصيفگر ها :
ساخت افزودني , ساختارهاي سلولي فلزي , نقصهاي هندسي , تحليل كمانش , شرايط مرزي پريوديك , حجمك نماينده
چكيده فارسي :
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
چكيده انگليسي :
The advancement of manufacturing technologies, especially additive manufacturing methods,
has led to the production of highly complex geometric components that traditional manufacturing
methods couldn't achieve. One of the most notable components produced using additive
manufacturing is cellular structures, such as octet and rhombicuboctahedron structures. These
structures find applications in industries like aerospace and medicine due to their high strength-toweight ratio, used in lightweight load-bearing structures, medical implants, energy absorbers, and
more. However, producing cellular structures using additive manufacturing presents challenges.
These include discrepancies between predicted mechanical properties based on idealized structures
and actual properties obtained from manufactured structures. One major reason for this discrepancy is
the existence of geometric defects within the manufactured structure, such as extra mass at joints,
changes in strut length and diameter, etc. This research focuses on studying the effects of geometric
defects on the mechanical behavior of octet and rhombicuboctahedron structures fabricated using
selective laser melting (SLM) with aluminum alloy powder (AlSi10Mg). Linear buckling analyses are
performed to extract mode shapes and displacements of all nodes of the structures. Geometric defects
are then introduced by applying linear displacement values with a constant coefficient called the
geometric defect coefficient to the ideal structure nodes. The structure is subjected to compressive
loading, and the simulation results are compared with experimental data to extract the number of
buckling modes and the desired coefficient. This approach, which considers the effects of geometric
defects resulting from the manufacturing process, offers a computationally efficient way to predict the
mechanical behavior of these structures compared to other methods. The results show good
agreement with experimental data. The study also investigates the behavior of the octet and
rhombicuboctahedron structures using multiscale analysis under periodic boundary conditions.
Increasing defect factors consistently reduces structural stiffness. The behavior of the
rhombicuboctahedron structure is highly sensitive to defect parameters N and f, while the octet
structure requires higher defect parameter values to simulate real behavior. The Young's modulus
values obtained from simulation results differ from experimental data by 4% and 22.7% or structures
with defects (octet and rhombicuboctahedron, respectively), while for the ideal structure, the
differencesvarev48%vandv45%vrespectively.
