Skip to main content
SUPERVISOR
Ehsan Foroozmehr,Mohsen Badrosamay
احسان فروزمهر (استاد راهنما) محسن بدرسمای (استاد مشاور)
 
STUDENT
Foroozan Forooghi
فروزان فروغی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Design, Modeling, Manufacturing and Evaluation of Metal Cellular Lattice Structure for Producing Lightweight Construction Made with Selective Laser Melting Technology
Nowadays, cellular structures are widely used in various industries such as aerospace industry, automobile industry, vibration absorbers, medical industry, and thermal insulators due to their unique features such as minimal weight, high strength, high absorption capacity, and adjustable mechanical properties. Perhaps the most important feature of cellular structures that makes them suitable for structural applications is the high strength-to-weight ratio of theme. This feature allows the production of lightweight structures and reduces the required raw materials, energy, and contaminants appropriate to them. With the development of additive manufacturing (AM) technology in recent years, today, many of these structures are built in this way and are rapidly developing. The use of AM methods allows control over the distribution of material in the structure, while this is not possible in conventional methods. In this thesis, the main focus is on the design and construction of metallic structures by selective laser melting (SLM) process and investigation of lightweight structures with a high strength to weight ratio. To achieve this goal, mechanical properties of eight metallic structures with different topologies (BCC, BCC-Z, FCC, FCC-Z, Gyroid P, Rhombic, Diamond, and Kelvin) under pressure test were investigated. The results highlighted that the advanced cell structure Gyroid P had the highest strength to weight ratio compared to other seven structures. The energy absorption of structures relative to the weight has been investigated too, and the structure Gyroid P for this application has been shown to be well-suited. In addition to the experiments, the simulation of metallic samples was carried out with the elastic-plastic behavior, and the effects of the material and the influence of geometry on the behavior of these structures were evaluated. The results of the analysis showed a great influence of the bulk material properties and geometrical details on the mechanical properties of the cellular structure. Therefore, with the aid of some adjustments, the simulation and experimental results showed a good coherence in the elastic-plastic region, so that simulation can be generalized for structures with density and shape of different cells. Keywords: cellular structures, additive manufacturing, selective laser melting, unit cell, strength to weight ratio, 316L stainless steel
امروزه ساختارهای سلولی به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردی چون وزن اندک، استحکام زیاد، توانایی جذب انرژی بالا و مشخصات مکانیکی قابل تنظیم به‌طور گسترده در صنایع مختلف مانند صنایع هوایی، صنایع خودروسازی، جاذب‌های ارتعاش، صنایع پزشکی و عایق‌های حرارتی مورداستفاده قرار می‌گیرند. شاید بتوان گفت مهم ترین ویژگی ساختارهای سلولی که آن‌ها را برای کاربردهای سازه ای مناسب می سازد نسبت بالای استحکام به وزن آن‌هاست. این ویژگی امکان تولید سازه های سبک‌وزن را فراهم آورده و به کاهش مواد اولیه موردنیاز، انرژی و آلودگی های متناسب با آن‌ها می انجامد. با توسعه روش‌های ساخت افزودنی در سالیان اخیر، امروزه بسیاری از این ساختارها به این روش ساخته می‌شوند و به‌سرعت در حال پیشرفت هستند. استفاده از روش‌های ساخت افزودنی امکان کنترل بر روی توزیع ماده در ساختار را می‌دهد درحالی‌که این امر در روش‌های مرسوم تولید ساختارها امکان‌پذیر نیست. در این رساله تمرکز اصلی بر روی طراحی و ساخت ساختارهای فلزی به روش ذوب گزینشی به کمک لیزر و معرفی ساختاری سبک با نسبت استحکام به وزن بالا است. جهت رسیدن به این هدف خواص مکانیکی هشت ساختار سلولی فلزی با توپولوژی متفاوت (BCC، BCCZ، FCC، FCCZ، کلوین، الماس، رومبیک، و Gyroid P) تحت آزمون فشار مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل به معرفی ساختار سلولی پیشرفته Gyroid P به‌عنوان ساختاری سبک با نسبت استحکام به وزن بالا در مقایسه با هفت ساختار دیگر انجامید. میزان جذب انرژی ساختارها نسب به وزن از دیگر موارد بررسی‌شده است که ساختار Gyroid P برای این کاربرد نیز کارایی مناسبی از خود نشان داد. در کنار آزمون تجربی، شبیه‌سازی نمونه‌های ساخته‌شده فلزی نیز با رفتار ماده بالک الاستیک-پلاستیک صورت گرفته و اثرات ماده بالک سازنده و تاثیر هندسه بر رفتار این ساختارها مورد ارزیابی قرار گرفت. تحلیل نتایج نشان دهنده تاثیر زیاد ماده بالک و عیوب هندسی بر خواص مکانیکی است. جهت اثر دهی هندسه، قطر میانگین برای میله‌ها در نظر گرفته شد‌. نتایج شبیه‌سازی و تجربی هم خوانی مطلوبی در ناحیه الاستیک-پلاستیک داشتند، بگونه ای که می‌توان شبیه‌سازی را برای ساختارهایی با چگالی و شکل سلول منفاوت تعمیم داد. کلمات کلیدی :ساختارهای سلولی، ساخت افزودنی، ذوب گزینشی به کمک لیزر، سلول واحد، نسبت استحکام به وزن، فولاد ضد زنگ 316L

ارتقاء امنیت وب با وف بومی