27588

بررسي اثر هندسه ساختار مشبك در خواص فشاري

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي- ريخته‌گري

1398

1401/9/5

مهدي ديواندري

محمدعلي بوترابي

دانشكده مهندسي مواد و متالورژي

ساختارهاي مشبك به دليل خواص مكانيكي، حرارتي و آكوستيك خود در مصارف مختلف كاربرد دارند. ساختار سبك با استحكام ويژه و كرنش ويژه بالا، جذب انرژي عالي، عايق آكوستيك و حرارتي، دلايل استفاده از ساختارهاي مشبك در صنايع مختلف است. از جمله اين صنايع مي‌توان به خودروسازي و هوافضا اشاره كرد. ويژگي بارز اين ساختار‌ها، ميزان متفاوت نسبت استحكام به وزن اين ساختارها بر اساس هندسه آن‌ها است، كه از نظر زمينه تحقيقاتي و استفاده در صنايع بسيار حائز اهميت است. روش‌هاي معمول توليد اين ساختارها روش‌هاي ساخت افزايشي و ريخته‌گري دقيق هستند. ساختار پيچيده ساختار مشبك، توليد آن را با استفاده از روش‌هاي با دقت بالا مانند روش‌هاي ذكر شده الزام مي‌دارد و باعث ناكارآمد شدن روش‌هاي ساخت سنتي مي‌شود. در راستاي انجام اين تحقيق، مطالعات انجام شده در رابطه با خواص مكانيكي ساختار‌ها يا مشخصاً خواص فشاري اين ساختار‌ها انجام شده و تاثير عوامل مختلف از جمله تفاوت هندسه، تفاوت آلياژ و تفاوت چگالي بر بهبود يا هدف بخشي به اين خواص بررسي شد. از اين جهت، بررسي تاثير هندسه ساختارهاي متفاوت بر خواص فشاري هدف مورد نظر براي بررسي در اين تحقيق در نظر گرفته شد. همچنين نگاهي نو در هندسه كلي اين ساختارها مورد نظر قرار گرفت تا دريچه جديدي براي طراحي هندسه اين ساختار‌ها گشوده شود. بر خلاف عموم ساختارها كه مكعبي شكل هستند، ساختار‌هاي استوانه‌اي تو خالي در راستاي اين تحقيق طراحي شده و مورد بررسي قرار گرفتند. تعداد شش عدد ساختار مشبك با سه هندسه متفاوت توليد شد. دو ساختار داراي هندسه سلولي BCCXYZ، دو ساختار داراي هندسه سلولي FCCXYZ و دو ساختار داراي هندسه سلولي Auxetic مورد ساخت و تحقيق قرارگرفتند. سپس روش‌هاي ساخت مورد استفاده و نمونه‌هاي ساخته شده توسط آن‌ها بررسي شده است. مشخص شد كه روش‌هاي ساخت افزايشي باعث راحتي توليد قطعات دلخواه محققان شده است و ساختارهايي با تنوع در طرح و اندازه سلول، چگالي در ساختار و چگالي نسبي در ابعاد و اندازه‌هاي مختلف جهت انجام مطالعات توليد شده است. اما با توجه به نتايج تحقيقات انجام شده، مشخص شد كه خواص مكانيكي ساختار فلزي توليد شده با ساخت افزايشي با خواص مورد انتظار از آن مطابقت نداشته و داراي عيوب فراوان در ريز ساختار خود هستند. از اين جهت در اين تحقيق اقدام به ساخت ساختارها با تركيب روش ساخت افزايشي و روش ريخته گري دقيق در جهت رساندن عيوب به حداقل شد تا ساختار‌هاي مورد مطالعه اطلاعات قابل استناد‌تري در راستاي بررسي تاثير تفاوت هندسه ساختار‌ها بر خواص مكانيكي آن‌ها ارائه دهند. در نهايت تمام ساختار‌هاي توليد شده تحت تست فشاري Quasi static قرار گرفتند و نتايج به دست آمده از اين آزمايش‌ها بررسي و با يكديگر مقايسه شدند.

1401/09/30

Investigation on effect of cell type on lattice structure compressive properties

11/26/2023 12:00:00 AM

Lattice structures are used in various applications due to their mechanical, thermal and acoustic properties. Light structure with high specific strength and specific strain, excellent energy absorption, acoustic and thermal insulation are the reasons for using lattice structures in various industries. Among these industries, we can mention automotive and aerospace. The distinctive feature of these structures is the different strength-to-weight ratio of these structures based on their topology, which is very important in terms of research and industrial use. The usual methods of manufacturing these structures are additive manufacturing and investment casting. Due to the complex structure of the lattice structure, their production requires using high-precision methods such as those mentioned, and makes traditional manufacturing methods inefficient. In the process of this research, the studies in relation to the mechanical properties of the structures or specifically, the compressive properties of these structures were investigated and the effect of various factors such as the difference in geometry, difference in alloy and difference in density on the improvement or repurposing of these properties was investigated. Therefore, investigating the effect of the topology of different structures on the compressive properties was considered for investigation in this research. Also, a new perspective for the overall topology of these structures was chosen in order to open a new window for designing the geometry of these structures. Unlike the general structures that are cube-shaped, hollow cylindrical structures were designed and investigated in this research. Six lattice structures with three different geometries were produced. Two structures with BCCXYZ cell geometry, two structures with FCCXYZ cell geometry and two structures with Auxetic cell geometry were constructed and investigated on. Then the manufacturing methods used, and the samples made by them, have been reviewed. It was found that the additive manufacturing methods has made producing researchers desired structure easy and structures with variations in cell design and size, density in the structure and relative density in different dimensions and sizes were produced to conduct studies. However, according to the results of researches, it was found that the mechanical properties of the metal structure produced by additive manufacturing do not match the expected properties and have many defects in their microstructure. For this reason, in this research, the structures were built by combining the additive manufacturing method and the investment casting method in order to minimize the defects so that the studied structures provide more reliable information in order to investigate the effect of the difference in the geometry of the structures on their mechanical properties. Finally, all the produced structures were subjected to quasi static compression test and the results obtained from these tests were checked and compared with each other.

ساختار مشبك , استحكام فشاري , ريخته گري دقيق , ساخت افزايشي

lattice structure , Compressive strength , investment casting , additive manufacturing

Ehsan Shahriyari

Dr. mehdi Divandari