Original title: Popis únavového chování polymerní 3D tištěné metamateriálové struktury
Translated title: Description of fatigue behavior of additively manufactured polymer metamaterial structure
Authors: Helešicová, Petra ; Ševeček, Oldřich (referee) ; Trávníček, Lukáš (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2024
Language: eng
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [eng] [cze]
Metamateriály jsou v posledních letech velmi často zkoumanou oblastí, jelikož umožňují přizpůsobení mechanických vlastností vyráběných součástí, které není možné získat s využitím konvenčních materiálů. Aby bylo možné metamateriály bezpečně využívat v provozu, je nutné popsat jejich chování při zatěžování. Prezentovaná diplomová práce je zaměřena na popis únavového chování 3D tištěné polymerní metamateriálové struktury. Práce je rozdělena na teoretickou a praktickou část. V teoretické části je provedena rešerše metamateriálů a jejich rozdělení, poté rešerše metod 3D tisku vhodných pro polymerní materiály a nakonec jsou představeny základy mechanického chování polymerů. V praktické části jsou postupně prováděny kroky pro určení odhadu únavové životnosti uvažované metamateriálové struktury pomocí čtyř kritérií. Pomocí experimentálních testů jsou naměřeny mechanické vlastnosti uvažovaného materiálu, které jsou vloženy do vytvořeného numerického modelu. Okrajové podmínky a zatížení modelu jsou zvoleny tak, aby odpovídaly reálným podmínkám při zatěžování. Numerický model je využitý pro určení kritických lokací ve struktuře a pro predikci únavové životnosti. Ve dvou kritických místech jsou zaznamenávány hodnoty napětí a přetvoření představující jednotlivé fáze cyklického zatěžování. Tyto hodnoty jsou použity pro predikci únavové životnosti. Metamaterials have become a highly researched area in recent years because they enable customisation of mechanical properties in manufactured components, which would not be possible when using conventional materials. To safely utilise metamaterials in operation, it is necessary to describe their behaviour under load. The presented master's thesis deals with a description of the fatigue behaviour of a 3D printed polymeric metamaterial structure. The thesis is divided into theoretical and practical part. In the theoretical part, a review of metamaterials and their classification is presented, followed by a review of 3D printing methods suitable for polymeric materials, and the basics of mechanical behaviour of polymers. In the practical part, steps are taken to estimate the fatigue life of the proposed metamaterial structure using four criteria. Mechanical properties of the additively manufactured material are measured in a series of experiments. The measured properties are used as input data for a numerical model. The boundary conditions and loading of the model are set to correspond to the real loading conditions. The numerical model is used to assess critical locations within the structure and to predict the fatigue lifetime. Stress and strain values representing steps of cyclic loading are recorded at two critical locations. These values are used to predict the fatigue life.
Keywords: 3D tisk; metamateriál; metoda konečných prvků; numerické modelování; odhad životnosti; únavové zatížení; additive manufacturing; fatigue; lifetime estimation; metamaterial; numerical modelling; Ąnite element method

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: https://hdl.handle.net/11012/248411

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-619337


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses