شماره ركورد
34444
پديد آورنده
مجتبي بهادري
عنوان
بررسي عملكرد ترمو-مكانيكي سازههاي پليمري سطوح كمينه دورهاي سهگانه توليد شده به روش ساخت افزايشي در نرخهاي بارگذاري شبه-استاتيكي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك - طراحي كاربردي 1
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/8/6
استاد راهنما
فتح اله طاهري بهروز و محمدرضا محمدعليها
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
به دليل برخورداري از ويژگيهاي منحصر به فرد، سطوح كمينه دورهاي سهگانه در ساليان اخير به يكي از ساختارهاي مهندسي مهم و مورد توجه تبديل شدهاند. اين ساختارها به واسطهي نسبت سطح به حجم بالا و پيوستگي هندسي كاربردهاي بالقوهاي در سيستمهاي جاذب انرژي و مقاوم در برابر ضربه و داربستهاي زيستي براي شبيهسازي بافتهاي طبيعي بدن پيدا كردهاند. بدست آوردن درك عميقتري از رفتار مكانيكي اين ساختارهاي در شرايط مختلف بارگذاري، منجر به طراحي بهينه اين ساختارها خواهد شد. در اين پژوهش، اثر ابعاد سلول واحد و نرخ كرنش شبه-استاتيكي بر رفتار حرارتي-مكانيكي و قابليت جذب انرژي اين سازهها بررسي شد. ساختارهاي Diamond و Gyroid با ابعاد سلول 5 و 8 ميليمتر به روش ساخت افزايشي مدلسازي رسوب مذاب و با استفاده از فيلامنت PLA ساخته شدند. آزمونهاي فشار تكمحوره و خمش در چهار نرخ بارگذاري 1، 50، 100 و 200 ميليمتر بر دقيقه انجام شد و براي تحليل رفتار اين ساختارها در فشار شبيهسازي المان محدود انجام گرفت. نتايج نشان داد كه ساختار Diamond در تمامي نرخهاي بارگذاري مورد بررسي، عملكرد مكانيكي و قابليت جذب انرژي بالاتري نسبت به Gyroid از خود نشان داده است. به طور مشخص، استحكام فشاري و خمشي اين ساختار به ترتيب 5/1 و 2 برابر مقادير مشاهده شده در Gyroid بوده و انرژي جذب شدهي ويژه نيز تا 9/1 برابر افزايش يافته است. افزايش نرخ كرنش منجر به افزايش تنش تسليم و تنش پلاتو گرديد. اما در مقابل، به دليل پديده خودگرمايي و نرمشوندگي حرارتي ماده PLA، كاهش محسوسي در سفتي سازهها مشاهده شد. سازههايي با ابعاد سلول كوچكتر حساسيت بيشتري نسبت به نرخ كرنش از خود نشان دادند كه ناشي از چگالي نسبي بالاتر و درگيري حجم بيشتري از ماده در باربري است. در مقابل، سازههاي داراي سلول بزرگتر، به علت تمركز تغيير شكل پلاستيك در نواحي محدودتر دچار افت بيشتري در سفتي شدند. سازههاي با سلول كوچكتر در نرخهاي كرنش بالا، عملكرد حرارتي-مكانيكي بهينه و ظرفيت جذب انرژي بيشتري دارند و بنابراين گزينهي مناسبتري براي كاربردهاي جاذب انرژي و سيستمهاي محافظ ضربه محسوب ميشوند. در حاليكه سازههاي با سلول بزرگتر، براي كاربردهاي باربري سبكوزن در نرخهاي بارگذاري پايينتر مناسب هستند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/10/21
عنوان به انگليسي
Investigating the thermo-mechanical performance of polymeric TPMS structures produced by additive manufacturing at quasi-static strain rates
تاريخ بهره برداري
10/28/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مجتبي بهادري
چكيده به لاتين
Due to their unique characteristics, triply periodic minimal surfaces (TPMS) have emerged as significant and noteworthy engineering structures in recent years. These structures, owing to their high surface-to-volume ratio and geometric continuity, have found potential applications in energy absorption systems, impact mitigation, and bioscaffolds for simulating natural body tissues. Gaining a deeper understanding of the mechanical behavior of these structures under various loading conditions will lead to their optimized design. This research investigates the effects of unit cell size and quasi-static strain rate on the thermo-mechanical behavior and energy absorption capacity of these structures. Diamond and Gyroid structures with unit cell sizes of 5 and 8 mm were fabricated using the Fused Filament Fabrication (FFF) additive manufacturing technique with Polylactic acid (PLA) filament. Uniaxial compression and flexural tests were conducted at four loading rates of 1, 50, 100, and 200 mm/min. Finite element simulation was performed to analyze the structures’ behavior under compression. The results indicated that the Diamond structure exhibited superior mechanical performance and higher energy absorption capacity compare to the Gyroid structure across all investigated loading rates. Specifically, the compressive and flexural strength of the Diamond structure were 1.5 and 2 times the values observed for the Gyroid, respectively, and the specific energy absorption was 1.9 times higher. Increasing the strain rate led to an increase in yield stress and plateau stress. Conversely, due to the self-heating phenomenon and thermal softening of the PLA material, a noticeable decrease in the stiffness of the structures was observed. Structures with smaller unit cells exhibited greater sensitivity to strain rate, which is attributed to their higher relative density and the involvement of a larger volume of material in load-bearing. In contrast, structures with larger unit cells experienced a more significant reduction in stiffness due to the concentration of plastic deformation in more limited regions. Structures with smaller cells at high strain rates demonstrate optimal thermos-mechanical performance and higher energy absorption capacity, making them more suitable for energy absorber and impact mitigation systems. Whereas structures with larger cells are more appropriate for lightweight load-bearing applications at lower loading rates.
كليدواژه هاي فارسي
ساخت افزايشي , سطوح كمينه دورهاي سهگانه , خواص ترمو-مكانيكي , جذب انرژي , حساسيت به نرخ بارگذاري
كليدواژه هاي لاتين
Additive manufacturing , Triply periodic minimal surfaces , Thermo-mechanical properties , Energy absorption , Strain rate sensitivity
Author
Mojtaba Bahadori
SuperVisor
Fathollah Taheri Behrooz and MohmmadReza Mohammad Aliha