19348

16751

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1402

چهارده، 70ص. : مصور، جدول، نمودار

1403/01/21

كتابنامه

مهندسي مكانيك

مهندسي مكانيك

1403/01/21

23026856

ساختارهاي تي پي ام اس (TPMS) با توجه به ويژگي‌هاي مفيد و كاربردي خود در بسياري از زمينه‌ها، مانند مهندسي بافت و غيره اخيراً توجه بسياري از پژوهشگران را به خود جلب كرده‌اند. روش‌هاي ساخت اين ساختارها مملو از عيوب است كه يكپارچگي ساختاري آن‌ها را به خطر مي‌اندازد و باعث كاهش استحكام ساختار مي‌شود. در حالت كلي به عيوب حاصل شده از فرآيند ساخت، نقص هندسي گفته مي‌شود. هدف از انجام اين پژوهش بررسي و معرفي عيوب هندسي ناشي از ساخت بر پاسخ مكانيكي سازه‌هاي تي پي ام اس از طريق تحليل كمانش غير خطي مي‌باشد. براي اين منظور از يك تحليل كمانش خطي اوليه استفاده شده است تا اثر عيوب هندسي را در يك تحليل غيرخطي پس كمانشي بگنجاند. نتايج مدل محاسباتي با نتايج آزمايش‌هاي انجام شده توسط يكي از مراجع همين پژوهش مقايسه و تاييد شده است. ساختار مدل آزمايشگاهي ذكرشده از نوع تي‌پي‌ام‌اس الماسي و با ماده سراميكي آلومينا است كه در سه ضخامت 2/0-3/0- 15/0 توليد و با اعمال جابجايي در خلاف جهت محور z به استخراج پاسخ‌هاي مكانيكي پرداخته شده است. در اين پژوهش از نرم‌افزار راينو براي توليد ساختارهاي تي‌پي‌ام‌اس نوع الماسي بهره گرفته شده است. اين ساختار شامل سلول‌هاي واحد تكرار شونده در سه جهت با اندازه سلول 4 ميليمتر و اندازه كل نمونه 16×16×16 ميلي‌متر است. در ادامه براي شبيه‌سازي فرايند استخراج پاسخ‌هاي مكانيكي از نرم‌افزار آباكوس استفاده شد به اين صورت كه ابتدا با استفاده از حلگر دايناميك ايمپليسيت نمونه‌ي طراحي شده‌ي بدون نقص مورد تحليل قرار گرفت. مشاهده شد كه پاسخ‌هاي به دست آمده از اين تحليل اختلاف زيادي با نمونه آزمايشگاهي دارند كه اين اختلاف به دليل عيوب هندسي موجود در ساختار است. در ادامه با استفاده از مودهاي كمانش به دست آمده از تحليل كمانش خطي و اعمال ضريب ثابتي از جابجايي‌هاي مود‌هاي كمانش به ساختار طراحي شده اوليه، پاسخ‌هاي شبيه‌سازي و تست‌هاي آزمايشگاهي همگرا شده اند. در اين مرحله از دو پارامتر F و N كه به ترتيب ضريب نقص و تعداد مودهاي كمانش مي‌باشند استفاده شده است. نتايج بدست آمده از مدل ايده‌آل از حالت واقعي مقدار بيشتري داشته‌اند. با توجه به نتايج مي‌توان بيان كرد كه عيب‌ها و نواقص هندسي موجود در تست تجربي انجام شده باعث كاهش استحكام سازه شده است و نتايج تست تجربي كمتر از حالت ايده‌آل مي‌باشند. مقدار پارامتر F انتخابي بايد به گونه‌اي باشد كه بعد از رسيدن به حالت دقيق، با افزايش تعداد مودهاي كمانش تاثير زيادي در استحكام سازه نداشته باشد به همين منظور مي‌توان گفت كه عدد انتخاب شده براي F بايد در حدود رزولوشن دستگاه باشد.

TPMS structures have recently attracted the attention of many researchers due to their useful and practical features in many fields, such as tissue engineering, etc. The construction methods of these structures are full of defects that endanger their structural integrity and reduce the strength of the structure. In general, defects resulting from the manufacturing process are called geometric defects. The purpose of this research is to investigate and introduce the geometric defects caused by construction on the mechanical response of TPMS structures through nonlinear buckling analysis. For this purpose, an initial linear buckling analysis has been used to include the effect of geometrical defects in a nonlinear post-buckling analysis. The results of the computational model have been compared and confirmed with the results of the experiments conducted by one of the references of the same research. The structure of the mentioned laboratory model is of diamond TPMS type and with alumina ceramic material, which is produced in three thicknesses of 0.2-0.3-0.15 and mechanical responses have been extracted by applying displacement against the z-axis direction. In this research, Rhino software was used to produce diamond-type TPMS structures. This structure consists of repeating unit cells in three directions with a cell size of 4 mm and a total sample size of 16 × 16 × 16 mm. In the following, Abaqus software was used to simulate the process of extracting mechanical responses in such a way that first the designed sample without defects was analyzed using the implicit dynamic solver. It was observed that the answers obtained from this analysis have a big difference with the laboratory sample, which is due to the geometric defects in the structure. In the following, by using the buckling modes obtained from the linear buckling analysis and applying a constant coefficient of displacements of the buckling modes to the primary designed structure, the simulation responses and laboratory tests have been converged. In this step, two parameters F and N are used, which are the defect coefficient and the number of buckling modes, respectively. The results obtained from the ideal model have a greater value than the real one. According to the results, it can be stated that the geometric defects and defects in the experimental test have reduced the strength of the structure and the results of the experimental test are less than ideal. The selected F parameter value should be such that after reaching the exact state, increasing the number of buckling modes does not have a great impact on the strength of the structure. Therefore, it can be said that the number selected for F should be within the resolution of the device.

مصطفي جمشيديان

محسن بدرسماي

مهران مرادي غريبوند , عليرضا شهيدي ريزي