Mikro-prutové struktury s proměnným průměrem prutu
Loading...
Date
Authors
Brulík, Karel
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
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.
Due to their specific properties, micro-lattice structures have a great potential for use in energy absorption applications. It turns out that conventional micro-lattice structures with constant volume fraction can be designed for a known amount of absorbed energy. In real applications, however, we often do not know it in advance. Therefore, the use of functionally graded micro-lattice structures, which can be designed for a wider range of applied energies, appears to be more promising. The aim of this work is to compare micro-lattice structures with variable strut diameter made from 316L stainless steel by Selective Laser Melting technology in terms of energy absorption capability. For this purpose, two types of structures, F2BCC and F2BCC_45, were fabricated, both in configuration with constant, continuously variable and stepwise variable strut diameter. The structures were subsequently dynamically loaded using a drop-weight test, the results of which were described by the time history of deformation and forces. The greater amount of absorbed energy was measured for structures of type F2BCC_45, up to 73 % depending on the configuration of the structures. The results revealed that the variable strut diameter does not have a large effect on the amount of absorbed energy, but it significantly reduces the shock generated, up to 54 % depending on the type and configuration of the structure. This thesis provides a comprehensive view of the deformation and stress characteristics of both types of structures, and in particular a comparison of the effect of variable strut diameter.
Due to their specific properties, micro-lattice structures have a great potential for use in energy absorption applications. It turns out that conventional micro-lattice structures with constant volume fraction can be designed for a known amount of absorbed energy. In real applications, however, we often do not know it in advance. Therefore, the use of functionally graded micro-lattice structures, which can be designed for a wider range of applied energies, appears to be more promising. The aim of this work is to compare micro-lattice structures with variable strut diameter made from 316L stainless steel by Selective Laser Melting technology in terms of energy absorption capability. For this purpose, two types of structures, F2BCC and F2BCC_45, were fabricated, both in configuration with constant, continuously variable and stepwise variable strut diameter. The structures were subsequently dynamically loaded using a drop-weight test, the results of which were described by the time history of deformation and forces. The greater amount of absorbed energy was measured for structures of type F2BCC_45, up to 73 % depending on the configuration of the structures. The results revealed that the variable strut diameter does not have a large effect on the amount of absorbed energy, but it significantly reduces the shock generated, up to 54 % depending on the type and configuration of the structure. This thesis provides a comprehensive view of the deformation and stress characteristics of both types of structures, and in particular a comparison of the effect of variable strut diameter.
Description
Citation
BRULÍK, K. Mikro-prutové struktury s proměnným průměrem prutu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2023.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Základy strojního inženýrství
Comittee
prof. Ing. Martin Vrbka, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Milan Klapka, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Petr Šperka, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Koutecký, Ph.D. (člen)
Ing. František Vlašic, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2023-06-13
Defence
Student prezentoval výsledky své bakalářské práce a zodpověděl otázky oponenta:
Gradientní struktury dosahují většího nominálního napětí než struktury s konstantním průměrem prutů. Je tedy použití gradientních struktur opravdu výhodnější? -zodpovězeno
prof. Vrbka - Řekněte praktické příklady tohoto nákladného SLM tisku? Co je to auxetická struktura? - zodpovězeno
dr.Šperka - Do jaké skupiny patří tento materiál podle materiálového inženýrství - houževnatý? Deformační charakteristika v plastické oblasti A - tažnost? Co by se stalo s křehkými materiály? - zodpovězeno
dr.Koutecký - Jak jste modeloval struktury s proměným průměrem prutu? Jak docházelo k napojení různých průměru, nebyli to koncentrátory napětí? jaký byl rozdíl mezi vrstvami? - zodpovězeno
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení