Název:
Model geometrie mikro-prutových struktur pro metodu konečných prvků
Překlad názvu:
Model of geometry of micro-lattice structures for finite element method
Autoři:
Javorský, Dominik ; Maňas, Pavel (oponent) ; Červinek, Ondřej (vedoucí práce) Typ dokumentu: Diplomové práce
Rok:
2023
Jazyk:
slo
Nakladatel: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstrakt: [slo][eng]
Rastúcou dostupnosťou technológie aditívnej výroby ako napríklad SLM, je umožnená tvorba inovatívnych konštrukčných návrhov. Príkladom sú aj tvarovo náročné mikro-prútové štruktúry, ktoré sú využívané z dôvodu výborných mechanických vlastností vztiahnutých na jednotku hmotnosti. Veľkým problémom sú tolerancie výroby, ktorých výskyt u väčšiny komponentov nie je kľúčový. Nakoľko pri mikro-prútových štruktúrach hovoríme o tenkostennej geometrii, výrobné tolerancie spôsobujú výrazné odchýlky v mechanických vlastnostiach. Proces návrhu štruktúr a dosiahnutie výsledkov porovnateľných s experimentom vyžaduje použitie neštandardných metód. Hovoríme o časovo a finančne náročných postupoch na získanie reálnej geometrie, ktoré sú následne použité pre numerické simulácie založené na princípe MKP. Táto práca sa zaoberá dopadom geometrických imperfekcií vyskytujúcich sa v štruktúrach typu BCC, ktoré sú tvorené z nerezovej ocele 316L. Počas riešenia bola získaná reálna geometria prostredníctvom optickej digitalizácie s využitím skeneru ATOS Triple Scan. Súčasťou bola aj dynamická skúška na pádovom testeri z ktorého boli použité výsledky pri úprave modelu geometrie v kombinácií so získanou reálnou geometriou. Z dôvodu minimalizácie odchýlky výsledkov z experimentu a numerickej simulácie pod úroveň 5 % boli získané poznatky využité pri simuláciách skúmajúcich dopad geometrických imperfekcií. V oblasti simulácií zaoberajúcich sa dopadom imperfekcií boli stanovené odchýlky až do 30 %. Tieto je možné minimalizovať pri zahrnutí poznatkov reálnej geometrie do návrhu. Z výsledkov je taktiež možné stanoviť rozsah priemeru, kedy je zahrnutie geometrických imperfekcií do návrhu nerelevantné. Taktiež bol pozorovaný veľký dopad geometrie uzla na výsledky z numerických simulácií, čo prispelo priblíženiu sa hodnotám z experimentu. Dôležitým prínosom práce je aj zjednodušený model geometrie, ktorý v budúcnosti umožní študovať dopad ďalších imperfekcií v rozsahu ktorý doteraz nebol možný.
The growing availability of additive manufacturing technology, such as SLM, enables the creation of innovative structural designs. An example of these are complex lattice structures which are used because of their excellent mechanical properties relative to weight. One significant challenge lies in production tolerances. These are not crucial for the majority of components. However, when dealing with lattice structures and their thin-walled geometry, manufacturing tolerances lead to substantial deviations in mechanical properties. The process of designing such structures and achieving results comparable to the experiment requires the use of non-standard methods. These methods are time-consuming and costly for obtaining real geometry. The real geometry is then used for numerical simulations based on the FEM principle. This thesis focuses on the impact of geometric imperfections occurring in BCC-type structures made of stainless steel 316L. During the solution, the real geometry was obtained through optical digitization using the ATOS Triple Scan scanner. Dynamic drop-weight tests were also conducted, and the obtained results were used to modify the geometry model in combination with the acquired real geometry. The aim was to minimize the deviation between experimental and numerical simulation results below 5%. The knowledge gained from this process was then applied in simulations investigating the impact of geometric imperfections. Deviations up to 30% were observed in simulations investigating the impact of geometric imperfections. These deviations can be minimized by incorporating the knowledge of real geometry into the design. The results also help determine the diameter range within which including geometric imperfections in the design is irrelevant. Furthermore, a significant impact of the node geometry on the results of numerical simulations was observed. This knowledge brought the values closer to the experimental data. Another important contribution of this work is the simplified geometry model. This model will enable the study of the impact of additional imperfections in a range that was previously unattainable.
Klíčová slova:
BCC; finite element method (FEM); geometric imperfections; lattice structure; optical digitization; Selective laser melting (SLM); stainless steel 316L
Instituce: Vysoké učení technické v Brně
(web)
Informace o dostupnosti dokumentu:
Plný text je dostupný v Digitální knihovně VUT. Původní záznam: http://hdl.handle.net/11012/212192
host ::
