|
|
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.
|
|
|
Model of geometry of micro-lattice structures for finite element method
Javorský, Dominik ; Maňas, Pavel (oponent) ; Červinek, Ondřej (vedoucí práce)
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.
|
|
|
Mikro-prutové struktury s proměnným průměrem prutu
Brulík, Karel ; Jaroš, Jan (oponent) ; Červinek, Ondřej (vedoucí práce)
Díky svým specifickým vlastnostem mají mikro-prutové struktury velký potenciál pro využití v aplikacích uvažujících absorpci energie. Ukazuje se, že běžné mikro-prutové struktury s konstantním objemovým podílem je možné navrhovat pro předem známé množství absorbované energie. V reálných aplikacích však často předem známé není. Proto se jako perspektivnější jeví využití struktur s proměnným objemovým podílem, které lze navrhovat pro širší škálu působících energií. Cílem této práce bylo porovnání mikro prutových struktur s proměnným průměrem prutu, vyrobených z nerezové oceli 316L technologií selective laser melting, z hlediska schopnosti absorpce energie. Za tímto účelem byly vyrobeny dva typy struktur – F2BCC a F2BCC_45, oba v konfiguracích s konstantním, plynule proměnným a skokově proměnným průměrem prutu. Struktury byly následně dynamicky zatěžovány pomocí pádového testu, jehož výsledky byly popsány průběhem deformace a sil v čase. Větší množství absorbované energie bylo naměřené u struktur typu F2BCC_45, a to až o 73 % v závislosti na konfiguraci struktury. Výsledky odhalily, že proměnný průměr prutu nemá velký vliv na množství absorbované energie, ale výrazně snižuje vzniklé rázy, dle typu a konfigurace struktury až o 54 %. Tato práce přináší komplexní pohled na deformační a napěťové charakteristiky obou typů struktur, a především porovnání vlivu proměnného průměru prutu.
|
|
|
Computational Models for Non-linear Mechanical Loading Analyses of Lattice Structures Made by Laser Powder Bed Fusion
Červinek, Ondřej ; Dr. Michael R. Tucker (oponent) ; Haas/, Franz (oponent) ; Koutný, Daniel (vedoucí práce)
The development of additive technologies in recent years has enabled the manufacturing of metamaterials with porous internal architecture, called lattice structures, from several types of metal alloys. With these structures, it is possible to develop lightweight parts with potential in the field of mechanical energy absorption. Their implementation in vehicle deformation zones can increase the safety of passengers. The properties of structures allow to design absorbers with specific type of behavior which reduce the overload applied on the vehicle crew during an accident. To use these parts for specific applications, it is necessary to estimate their deformational behavior. Recent research has shown that the parent material of these structures has properties different from those of conventional bulk components produced by the same technologies. It means that, for efficient use of lattice structures, their specific properties and deformation characteristics must be accurately mathematically described. However, a mathematical model that would consider a description of all significant deformation characteristics of lattice structures is not available. Therefore, this thesis focuses on development of non-linear numerical model of lattice structures loading with inclusion of the most significant geometrical imperfections, specific properties of multi-strut samples and dynamic effects. The structures are made of aluminum alloy AlSi10Mg and stainless steel 316L using the selective laser melting technology. Two different finite element analysis approaches are used to create the geometry model that allows inspection of the deformation features in detail. The results of both models confirm that geometrical imperfections related to a change in shape and cross-sectional area of the strut have a significant impact on the resulting mechanical properties. Their inclusion in the geometry model improves the accuracy of the simulation results. Furthermore, the mechanical properties of lattice structures determined by multi-strut samples significantly better represent properties of structures for quasi-static and dynamic loading. The final parameter verification simulation of lattice structures loading at several velocities shows good agreement between the experiment and the computational solution. A similar parametrical study can lead to the finding of efficient structure configurations determined for a specific amount of absorbed energy without prior manufacturing and testing.
|
|
|
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.
|
|
|
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 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.
|
|
| |
|
|
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.
|
|
|
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.
|
host ::
RSS.