Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Badrosamay,Ehsan Foroozmehr,Mahmoud Kadkhodaei
محسن بدرسمای (استاد راهنما) احسان فروزمهر (استاد مشاور) محمود کدخدایی الیادرانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Reza Saremian
رضا صارمیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Design, Modeling, Fabrication, and Validation of Metal Cellular Lattice Structures for Impact Resistance Made with Selective Laser Melting Method
Lattice structures are a type of cellular materials, often with truss-like frameworks. These structures have been considered by the researchers due to their high strength to weight ratio and the capability of controlling their mechanical properties. Given that the geometric shape of these structures is often complex, manufacturing them by traditional production methods is limited. Additive manufacturing (3D printing) includes the process of making a piece in a layered form. This technology has created a revolution in the production. Since in the methods of additive manufacturing, by gradually adding the material wherever it is needed, making it possible to manufacture very complex pieces, which cannot usually be made using conventional production methods. Today, with the advancement and development of additive manufacturing technology, many studies have been carried out on the evaluation of the behavior and mechanical properties of lattice structures. In this research, three lattice structures of kelvin, rhombic dodecahedron, and truncated cuboctahedron with identical geometric dimensions were investigated in quasi-static and dynamic loadings. This research work consists of two experimental and numerical sections. In the experimental section, lattice structures were fabricated by selective laser melting method. Thereafter, the manufacturing accuracy and quality including porosity percentage and relative density were investigated. To perform quasi-static tests, uniaxial compressive test was used and the dynamic tests of lattice structures were performed by the Split Hopkinson Pressure Bar with a mean strain rate of 765 . In the numerical section, the modeling was performed using finite element method with the aim of predicting the behavior and mechanical properties of lattice structures using the ABAQUS software. The performed modeling involves unit cell method, as well as modeling the entire lattice structures, which are performed using 3D continuum and beam elements, respectively. The manufactured lattice structures were of relative densities of over 99%, indicating the excellent manufacturing quality. The results of the experimental tests showed that the selected lattice structures are of a high strength to weight ratio and impact resistance which are appropriate choices for being used in lightweight and impact resistant structures. Moreover, the performed modeling has good agreement with the experimental tests and are suitable for predicting the behavior and mechanical properties of lattice structures. Finally, after analyzing the results, it was determined that the rhombic dodecahedron lattice structure has a special mechanical properties and higher impact resistance than other lattice structures, so that the energy absorbed by this structure in the quasi-static compressive test and in the 50% strain, is 5.5% and 13.8% greater than kelvin and truncated cuboctahedron lattice structures, respectively. Keywords: Lattice structure, Additive manufacturing, Selective laser melting, Split Hopkinson pressure bar, Finite element
ساختارهای مشبک نوعی از مواد سلولی هستند که اغلب دارای چارچوب خرپا مانند می‌باشند. این ساختارها به‌دلیل نسبت استحکام به وزن بالا و قابلیت کنترل خواص مکانیکی‌شان مورد توجه محققان قرار گرفته‌اند. باتوجه‌به اینکه شکل هندسی این ساختارها اغلب پیچیده می‌باشد، ساخت آن‌ها با روش‌های تولید سنتی محدود است. ساخت ‌افزودنی (چاپ سه‌بعدی) شامل فرآیند ساخت یک قطعه به‌صورت لایه‌به‌لایه می‌باشد. این فن‌آوری انقلابی در تولید محصولات ایجاد کرده است. ازآنجایی‌که روش‌های ساخت افزودنی با اضافه‌کردن تدریجی ماده در هرجا که لازم باشد قطعه را می‌سازند، امکان ساخت قطعات بسیار پیچیده‌ای را فراهم می‌کنند که معمولاً به‌وسیله روش‌های تولید مرسوم، قابل‌ساخت نیست. امروزه با پیشرفت و توسعه فن‌آوری ساخت افزودنی، مطالعات بسیاری در زمینه ارزیابی رفتار و خواص مکانیکی ساختارهای مشبک انجام شده است. در این پژوهش، سه ساختار مشبک کلوین، رومبیک دوازده‌سطحی و ترانکیتد کوباکتاهدرون با ابعاد هندسی یکسان در بارگذاری‌های شبه استاتیکی و دینامیکی مورد بررسی قرار گرفتند. این کار شامل دو بخش تجربی و عددی است. در بخش تجربی، ساختارهای مشبک توسط روش ذوب انتخابی به‌کمک لیزر ساخته شدند. پس ‌از آن، دقت و کیفیت ساخت شامل درصد تخلخل و چگالی نسبی بررسی شد. برای انجام آزمون‌های شبه استاتیک، از آزمون فشار یک‌ محوره استفاده شد و آزمون‌های دینامیکی ساختارهای مشبک، توسط دستگاه میله فشاری هاپکینسون با نرخ کرنش میانگین 765 انجام شدند. در بخش عددی، مدل‌سازی‌ها به‌روش اجزای محدود با هدف پیش‌بینی رفتار و خواص مکانیکی ساختارهای مشبک و با استفاده از نرم‌افزار آباکوس انجام شدند. مدل‌سازی‌های انجام‌شده شامل روش سلول واحد و همچنین مدل‌کردن کل ساختار مشبک می‌باشند که به‌ترتیب با استفاده از المان‌های سه‌بعدی پیوسته و تیر انجام شده است. ساختارهای مشبک ساخته‌شده دارای چگالی نسبی بالای 99% بودند که نشان‌دهنده کیفیت عالی ساخت است. نتایج آزمون‌های تجربی نشان داد که ساختارهای مشبک انتخابی از نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت به‌ضربه عالی برخوردار هستند که برای کاربرد در سازه‌های سبک‌وزن و مقاوم به‌ضربه، انتخاب مناسبی هستند. همچنین مدل‌سازی‌های انجام شده از همخوانی مناسبی با آزمون‌های تجربی برخوردار بود و برای پیش‌بینی رفتار و خواص مکانیکی ساختارهای مشبک مناسب می‌باشند. درنهایت پس ‌از تجزیه‌وتحلیل نتایج، مشخص‌شد که ساختار مشبک رومبیک دوازده‌سطحی از خواص مکانیکی ویژه و مقاومت در برابر ضربه بالاتری نسبت به سایر ساختارهای مشبک برخوردار است به‌طوری که انرژی جذب‌شده این ساختار در آزمون فشار شبه استاتیک و در کرنش 50 درصد، به‌ترتیب 5/5 و 8/13 درصد از ساختارهای مشبک کلوین و ترانکیتد کوباکتاهدرون بیشتر است. کلمات کلیدی: ساختار مشبک، ساخت افزودنی، ذوب انتخابی به‌کمک لیزر، میله فشاری هاپکینسون، اجزای محدود

ارتقاء امنیت وب با وف بومی