|
|
Topologická optimalizace ramena kvadrokoptéry s využitím 3D tisku
Simon, Jakub ; Červinek, Ondřej (oponent) ; Vaverka, Ondřej (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se věnuje porovnání technologických omezení aplikovaných během topologické optimalizace na demonstrační součást, kterou bylo rameno kvadrokoptéry. Čtyři ramena byla optimalizována každé s jiným výrobním omezením: Extruzí, Single draw, Split draw, Overhang a jedno pouze s rovinou symetrie, bez dalších výrobních omezení. U všech návrhů byl během optimalizace kladen důraz na zachování spojité geometrie a na finální hmotnost přibližně odpovídající hmotnosti originálního ramene. Všech 5 návrhů bylo následně podrobeno pevnostní analýze metodou konečných prvků. Na závěr byla ramena vytištěna metodou fused deposition modelling (FDM) z materiálu ABS a otestována zatížením statickou silou. K vyhodnocení deformace byla použita metoda fotogrammetrie. Výsledky experimentu byly přepočteny na poměrnou tuhost, v níž byly zohledněny malé rozdíly ve hmotnostech. Poměrné tuhosti návrhů ramen byly následně porovnány, čímž se ukázalo, že 4 z 5 topologicky optimalizovaných ramen mají větší tuhost vůči definovanému zatížení než originální tvar. Jako nejtužší se ukázal návrh bez technologického omezení, který má při stejné hmotnosti 12,5 krát vyšší poměrnou tuhost než originální rameno.
|
|
|
Návrh auxetických struktur pro 3D tisk
Sobol, Vítězslav ; Škaroupka, David (oponent) ; Červinek, Ondřej (vedoucí práce)
Chování, kdy se materiál při tahovém zatížení v jednom směru roztáhne i ve směru kolmém, se nazývá auxetické a je spojováno např. se zvýšenou odolností vůči průniku těles. Auxetické chování je zejména důsledkem typické geometrie vnitřní struktury, proto ho lze dosáhnout jedinečným uspořádáním prutů v mikro-prutové soustavě. Díky aditivním technologiím, jako je např. Selective Laser Melting (SLM), je možné takto komplexní geometrii vyrobit. Tato bakalářská práce se zabývá návrhem prostorové mikro-prutové struktury, která bude vykazovat auxetické chování a bude vyrobitelná metodou SLM. Na základě rozsáhlé rešerše týkající se tématu 2D i 3D auxetických struktur byl navržen nový typ auxetické struktury. Vyrobitelnost byla ověřena zhotovením několika vzorků v různých rozměrových konfiguracích. Auxetické chování a mechanické vlastnosti byly následně otestovány prostřednictvím pádového testu. Jeho vyhodnocením bylo možné určit vliv rozměrových parametrů na celkové chování struktury.
|
|
|
Prostorové 3D struktury pro aplikaci v technologii Selective Laser Melting
Červinek, Ondřej ; Škaroupka, David (oponent) ; Vrána, Radek (vedoucí práce)
Aditivní technologie umožňují výrobu součástí s velmi komplexními tvary, které jsou běžnými technologiemi jen obtížně vyrobitelné. Jednou z nich je technologie Selective Laser Melting (SLM). Mezi vhodné aplikace pro technologii SLM patří výroba odlehčených 3D struktur jako jsou tzv. lattice structure nebo organická geometrie zvaná gyroid. Tato práce se zaměřuje na vytváření 3D modelů gyroidní struktury a jejich aplikaci do součásti s následnou výrobou technologií SLM. Pomocí matematických softwarů byla vytvořena řada modelů gyroidních struktur s využitím implicitně definovaných rovnic pro řízení geometrie struktury. Možnosti využití a vyrobitelnost gyroidních struktur byla testována při aplikaci do oběžného lopatkového kola. V závěru práce bylo úspěšně vyrobeno oběžné kolo, které obsahovalo dva typy gyroidních struktur (single-gyroid a double-gyroid).
|
|
|
Porovnání mikro-prutových struktur pro absorpci energie
Koban, Tomáš ; Vrána, Radek (oponent) ; Červinek, Ondřej (vedoucí práce)
Aditívne vyrobené kovové mikro-štruktúry majú značný potenciál v aplikáciách uvažujúcich absorpciu energie. Nedávny výskum v tejto oblasti viedol k lepšiemu porozumeniu deformačného správania mikro-štruktúr. Táto práca sa zaoberá porovnaním absorpčných vlastností mikro-prútových štruktúr vyrobených metódou selective laser melting v závislosti na ich topológii a základnom materiáli. Schopnosť absorbovať energiu bola skúmaná na troch geometrických konfiguráciách (BCC, BCCZ, GBCC) vyrobených z ocele 316L a hliníkovej zliatiny AlSi10Mg. Na porovnanie materiálov bolo zvolené kritérium špecifickej absorpcie energie. Lepšia schopnosť absorpcie energie bola zaznamenaná pre mikro-prútové štruktúry vyrobené z nerezovej ocele. Z hľadiska topológie bolo najväčšie množstvo absorbovanej energie namerané u štruktúry BCCZ. Táto práca popisuje deformačný mechanizmus mikro-prútových štruktúr a ponúka komplexné vyhodnotenie absorpčných vlastností pre obidva materiály.
|
|
|
Výpočtový model dynamického zatěžování mikro-prutové struktury vyrobené technologií Selective Laser Melting
Červinek, Ondřej ; Maňas, Pavel (oponent) ; Vrána, Radek (vedoucí práce)
V současnosti se pro tlumení velkých rázů mechanické energie v dopravním průmyslu využívají především absorbéry ze speciálních profilů. Pro vysoce specializované aplikace je vhodné využít komponenty, které jsou přesně navrženy pro cílený druh deformace. Příkladem těchto dílů jsou průmyslově vyráběné kovové pěny nebo mikro-prutové struktury vyráběné technologií SLM. Tato práce se zabývá predikcí nízko-rychlostního dynamického zatěžování BCC mikro-prutové struktury vyrobené z hliníkové slitiny AlSi10Mg technologií SLM (SLM 280HL). Pro tento účel byla vytvořena dynamická MKP úloha mikro-prutové struktury, která byla doplněna o model materiálu struktury BCC, který byl získán na základě mechanického testování. Reálná geometrie testovaných vzorků, získaná na základě optického měření (Atos Triple Scan III), byla dále implementována do výpočtového modelu. Experiment dynamického zatěžování BCC struktury byl proveden na pádovém testeru. Chování strukturovaného materiálu při pádovém testu bylo popsáno průběhem deformace a sil reakce v čase. Pro plošné zatěžování dynamické MKP simulace a experimentu bylo dosaženo porovnatelných výsledků. Zahrnutí výrobních fenoménů v simulaci vedlo ke zvýšení přesnosti a shody s experimentem. Tím byl vytvořen nástroj pro testování vlivu změny geometrie na mechanické vlastnosti. Pro dosažení přesnějších výsledků u zatížení průrazem je třeba modifikovat model materiálu o reálné přetvoření materiálu v místě porušení testovacích těles.
|
|
|
Návrh topologicky optimalizované těhlice pro závodní pneumobil
Mende, Milan ; Červinek, Ondřej (oponent) ; Vaverka, Ondřej (vedoucí práce)
Tato práce řeší návrh odlehčených předních těhlic pneumobilu Javelin pomocí topologické optimalizace a jejich následnou výrobu aditivní technologií Selective Laser Melting. Materiálem, ze kterého jsou těhlice vyrobeny, je hliníková slitina AlSi10Mg. Topologicky optimalizované díly mají splňovat minimální bezpečnost 2, proto jsou návrhy podrobeny MKP napěťové a deformační analýze, při které je tato bezpečnost ověřena a stanovena maximální deformace. Vzhledem k parametrům brzdové soustavy byly navrženy dvě nesymetrické těhlice. Přesnost výroby byla ověřena prostřednictvím optické digitalizace. Obrobené těhlice byly připevněny na pneumobil a otestovány přímo na vozidle. Při testech ani následných závodech nedošlo k žádnému meznímu stavu a ukázaly se tak jako funkční. Hmotnost levé těhlice byla snížena z 1 609 g na 758 g, pravá byla odlehčena na 741 g.
|
|
| |
|
|
Návrh pedálové soustavy pro závodní Pneumobil s využitím topologické optimalizace
Pchálek, Václav ; Červinek, Ondřej (oponent) ; Vaverka, Ondřej (vedoucí práce)
Tato práce řeší návrh pedálové soustavy závodního pneumobilu s cílem zvýšení její tuhosti a snížení její hmotnosti. Na základě rešerše byla upravena kinematika pedálu pro přesnější určení pedálového poměru. K dosažení cílů byla použita topologická optimalizace a lattice struktura. Výsledky byly kontrolovány pevnostní analýzou pomocí metody konečných prvků. Pro výrobu topologicky optimalizovaných dílů se předpokládá využití kovové aditivní technologie, pro kterou byly díly dále upraveny. Deformace byla snížena u brzdového pedálu o 13,4 % a u plynového pedálu o 96,8 %. Hmotnost pedálové soustavy se snížila o 31 %. Tento návrh pedálové soustavy by mohl být alternativou pro současnou pedálovou soustavu závodního pneumobilu, protože je lehčí a splňuje požadavky na vyšší tuhost.
|
|
|
Rázové namáhání mikro-prutových struktur vyrobených technologií Selective Laser Melting z hořčíkové slitiny WE43
Foltán, Tomáš ; Červinek, Ondřej (oponent) ; Jaroš, Jan (vedoucí práce)
Mikro-prutové struktury ze slitiny WE43 se díky své pevnosti a nízké hmotnosti jeví jako možné řešení v oblasti biomedicíny i letectví. Doposud provedený výzkum posuzoval hlavně chování těchto struktur při kvazistatickém zatěžování. Dynamické namáhání těchto struktur doposud nebylo hluboce zkoumáno. Tato práce se proto zabývá rázovým zatěžováním mikro-prutových struktur vyrobených metodou SLM. Na nízkorychlostním pádovém testeru byla otestována sada vzorků s různými základními buňkami a tloušťkou prutů. U vzorků se při nárazech posuzovala absorbovaná energie, průběh napětí a mechanismy deformace. Byl pozorován jasný vliv základní buňky struktury na množství pohlcené energie, kdy struktury o podobné relativní hustotě vykazovali značně rozdílné hodnoty. Největší měrná absorbovaní energie byla pozorována u struktur s buňkou FCCZ. Ukázalo se, že v porovnání s jinými materiály (např. ocel) je hořčík významně méně efektivní, což bylo nejspíše způsobeno jeho tendencí selhávat křehkým lomem. Provedené testy dávají představu o chování těchto struktur při nárazech a popisují tak schopnost struktur absorbovat energii, což může být užitečné např. při návrhu kostních implantátů v biomedicinském sektoru.
|
|
|
Návrh auxetických struktur pro technologii selective laser melting
Pchálek, Václav ; Hutař, Pavel (oponent) ; Červinek, Ondřej (vedoucí práce)
S rozvojem aditivních technologií bylo umožněno vyrábět auxetické struktury s komplikovanou geometrií. I přes jejich intenzivní studium zatím nebyl prozkoumán jejich potenciál vysoké odolnosti vůči lokálnímu zatížení. Popsání tohoto jevu a jeho příčin by umožnilo efektivně navrhovat struktury se značně zvýšenou odolností proti nárazu cizích objektů. Proto se tato práce zabývala deformačním chováním auxetické re-entrant honeycomb struktury při lokálním zatížení. Byl zkoumán vztah mezi odolností struktury vůči lokálnímu zatížení a velikostí záporného Poissonova čísla, které bylo řízeno pomocí geometrie základní buňky. Pro určení Poissonova čísla struktur bylo využito analytického přístupu. Následně byla pomocí metody konečných prvků provedena predikce chování struktur při lokálním zatížení za předpokladu malých a velkých deformací. Toto chování bylo následně experimentálně ověřeno pro malé i velké rychlosti deformace na strukturách vyrobených technologií selective laser melting. Bylo zjištěno, že pro předpoklad malých deformací platí, že čím menší má struktura Poissonovo číslo, tím více je odolná vůči lokálnímu zatížení. To ovšem neplatí pro předpoklad velkých deformací, kdy docházelo k těžko předvídatelné interakci a borcení stěn. Dále se ukázalo, že se struktury s tenčími stěnami více deformují, čímž využívají celý svůj deformační potenciál a tím pádem jsou více odolné vůči lokálnímu zatížení. Při testování za malých i velkých rychlostí deformací bylo pozorováno přeskupení struktury do místa nárazu ve dvou směrech, kolmo a proti směru zatížení. Bylo zjištěno, že struktury s rozdílnou geometrií, ale stejným Poissonovým číslem mají z hlediska míry deformace a síly přenášené na podložku stejné deformační chování. Poznatky práce přispívají k poznání o chování auxetické struktury při lokálním zatížení, čehož může být využito při návrhu takto zatěžovaných struktur v konkrétních aplikacích.
|
host ::
RSS.