Visokohitrostna karakterizacija mehanskih lastnosti celičnih metamaterialov : doktorska disertacija

slovenski

doktorska dela

2022

celični metamateriali   DIC   disertacije   prostorsko gradirana gostota   računalniške simulacije   SHPB   test direktnega udarca   Univerzitetna in visokošolska dela   visokohitrostna deformacija

Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo

V doktorski raziskavi so bile karakterizirane visokohitrostne mehanske lastnosti novih celičnih metamaterialov z osnosimetrično avksetično kiralno strukturo, katerih geometrija temelji na tridimenzionalni štiri kiralni kvadratni enotski celici z ukrivljenimi medceličnimi povezavami sinusne oblike in prostorsko gradiranostjo v radialni smeri. Z napredno dodajalno tehnologijo 3D tiskanja so bili izdelani vzorci treh različnih osnosimetričnih geometrijskih struktur z različnimi relativnimi gostotami. Za celovito mehansko karakterizacijo v vseh obremenitvenih režimih (kvazi statičnem, prehodno dinamičnem in visokohitrostnem) so bile uporabljene napredne eksperimentalne in računalniško simulacijske metode, s katerimi so bile zajete vse deformacijske faze celičnih metamaterialov, in sicer: začetna faza, plato faza in faza zgoščevanja. S predhodno študijo odziva kiralnih preizkušancev je bilo ugotovljeno, da klasično SHPB preizkuševališče ne omogoča celovite visokohitrostne karakterizacije celičnih metamaterialov, zato je bila izvedena nadgradnja obstoječega SHPB preizkuševališča v preizkuševališče direktnega udarca DIHB. Ustrezno delovanje DIHB preizkuševališča je bilo potrjeno z mehansko karakterizacijo uveljavljene odprto celične kovinske pene m-pore®. Z vpeljavo optične metode sledenja digitalnih slik (DIC) je bila dosežena višja stopnja natančnosti eksperimentalnih opazovanj, ki je omogočila določitev polj pomikov, specifičnih deformacij in Poissonovih razmerij v vseh obremenitvenih režimih na mezo nivoju. Ustrezno potrjeno DIHB preizkuševališče je bilo uporabljeno za obsežno mehansko karakterizacijo novih osnosimetričnih metamaterialov pri različnih deformacijskih režimih. Dokazan je bil vpliv deformacijske hitrosti na utrjevanje metamateriala zaradi vpliva mikrovztrajnosti. Dokazano je bilo, da je lahko z gradirano notranjo kiralno strukturo osnosimetričnih celičnih metamaterialov dosežen konstanten napetostni plato brez oscilacij in postopoma naraščajoče Poissonovo razmerje. Obenem je bila opredeljena tudi geometrijska struktura z najvišjim avksetičnim odzivom, najvišjo togostjo glede na relativno gostoto strukture in najmanjšimi napetostnimi oscilacijami v plato fazi.

08.08.2023