شماره ركورد
34862
پديد آورنده
امير شهمراد
عنوان
مطالعه رفتار مكانيكي ساختار شبكهاي آگزتيك جديد
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
سال تحصيل
1398
تاريخ دفاع
1405/1/30
استاد راهنما
رامين هاشمي-مجيد رجبي
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
فرامواد دستهاي از مواد مهندسيشده هستند كه به واسطه هندسه ساختاري ويژه خود، قادر به بروز خواصي فراتر از مواد متعارف طبيعي ميباشند. طراحي اين ساختارها ميتواند بر مبناي رويكردهاي مختلفي صورت گيرد. در پژوهش حاضر، دو رويكرد متمايز شامل «تركيب سلولهاي واحد» و «بهينهسازي توپولوژي» به كار گرفته شد كه به ترتيب منجر به طراحي چهار و سه ساختار مختلف گرديد؛ در مجموع، هفت سازه شبكهاي توسعه داده شد. كليه نمونهها با استفاده از فناوري ساخت افزايشي مدلسازي رسوب ذوبي (FDM) و تحت شرايط يكسان فرآيند چاپ سهبعدي توليد شدند. پليلاكتيك اسيد (PLA) به عنوان ماده پايه جهت ساخت نمونههاي آزمايشگاهي انتخاب گرديد. در ادامه، رفتار مكانيكي سازهها تحت بارگذاري استاتيكي (آزمون فشار) و ديناميكي (آزمون ضربه) مورد ارزيابي تجربي قرار گرفت و نتايج حاصل با دادههاي شبيهسازي عددي مقايسه شد. همچنين، تحليل حساسيت به منظور بررسي ميزان تأثير پارامترهاي كليدي بر عملكرد جذب انرژي انجام پذيرفت. نتايج نشان داد هر دو رويكرد طراحي، ظرفيت قابل توجهي در توسعه ساختارهاي آگزتيك با قابليت جذب انرژي بالا دارند. در روش تركيب سلولي، هر چهار سازه طراحيشده در آزمون فشار، جذب انرژي بيشتري نسبت به نمونه توپر مرجع از خود نشان دادند و همگي داراي ضريب پواسون منفي در بازه 1- تا 1.7- بودند. در اين ميان، سازه حاصل از تركيب سلولهاي لانهزنبوري و تتراكايرال، بيشترين ميزان جذب انرژي را در بارگذاري فشاري ثبت كرد. در آزمون ضربه، سازه تركيبي شامل سلولهاي لانهزنبوري، تتراكايرال و مكعبي، بيشترين عملكرد جذب انرژي را نشان داد. نتايج تحليل حساسيت در بارگذاري ديناميكي بيانگر آن است كه ارتفاع ضربه، ضريب پواسون و هندسه سازه به ترتيب بيشترين تأثير را بر ميزان جذب انرژي دارند. در سازههاي طراحي شده با روش بهينهسازي توپولوژي نيز روند مشابهي مشاهده شد؛ در اين روش يك سلول طراحي شد و به صورت افقي، عمودي و تركيبي كنار يكديگر چيده شدند. در سازه¬اي كه سلول¬ها عمودي چيده شدند، يشترين جذب انرژي در آزمون فشار مشاهده شد. با اين حال، سازه با سلول¬هاي افقي بيشترين عملكرد را در آزمون ضربه از خود نشان دادند. بررسي مكانيزمهاي تغييرشكل و جذب انرژي نشان داد كه سازوكارهاي غالب در دو رويكرد طراحي متفاوت بوده و بهينهسازي توپولوژي امكان دستيابي به سازههايي سبكتر با كارايي جذب انرژي بالاتر و قابليت تنظيمپذيري براي كاربردهاي هدفمند را فراهم ميسازد.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/03/02
عنوان به انگليسي
Investigation of the Mechanical Behavior of a Novel Auxetic Lattice Structure
تاريخ بهره برداري
4/19/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
امير شهمراد
چكيده به لاتين
Mechanical metamaterials are a class of engineered materials that exhibit properties beyond those of conventional natural materials due to their tailored structural geometry. The design of such structures can be achieved through various approaches. In the present study, two distinct design strategies—unit cell combination and topology optimization—were employed, resulting in the development of four and three different lattice structures, respectively; in total, seven lattice architectures were designed and investigated. All specimens were fabricated using fused deposition modeling (FDM) additive manufacturing under identical printing conditions. Polylactic acid (PLA) was selected as the base material for experimental sample preparation. The mechanical behavior of the structures was experimentally evaluated under static (compression test) and dynamic (impact test) loading conditions. The experimental results were further compared with numerical simulations. In addition, a sensitivity analysis was conducted to assess the influence of key parameters on energy absorption performance. The results demonstrated that both design approaches possess significant potential for developing auxetic structures with high energy absorption capability. In the unit cell combination method, all four designed structures exhibited higher specific energy absorption compared to the solid reference sample in compression tests, with negative Poisson’s ratios ranging from −1.0 to −1.7. Among them, the structure composed of honeycomb and tetrachiral unit cells showed the highest energy absorption under compressive loading. Under impact loading, the hybrid structure combining honeycomb, tetrachiral, and cubic unit cells achieved the highest specific energy absorption. Sensitivity analysis under dynamic conditions revealed that impact height, Poisson’s ratio, and structural geometry were the most influential parameters affecting energy absorption performance. For the topology-optimized structures, similar trends were observed, where structure TV exhibited the highest energy absorption under compression, while structure TH demonstrated superior performance under impact loading. Analysis of deformation and energy absorption mechanisms indicated that the dominant mechanisms differ between the two design strategies. Furthermore, topology optimization enables the development of lighter structures with enhanced energy absorption efficiency and tunable performance for targeted engineering applications.
كليدواژه هاي فارسي
=فرامواد مكانيكي= , ساختارهاي شبكه اي , جذب انرژي , ساختارهاي اگزتيك , بهينه سازي توپولوژي
كليدواژه هاي لاتين
Mechanical metamaterials , Lattice structures , Energy absorption , Auxetic structures , Topology optimization
Author
Amir Shahmorad
SuperVisor
Ramin Hashemi-Majid Rajabi