Αξιολόγηση μηχανικής συμπεριφοράς πλεγματικών δομών
Φόρτωση...
Ημερομηνία
2026-10-12
Συγγραφείς
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
ΕΛΜΕΠΑ, Πολυτεχνική Σχολή, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών
Επιβλέπων
Περίληψη
Η παρούσα διπλωματική εργασία βασίζεται κυρίως στην μελέτη και στην αξιολόγηση πλεγματικών δομών, οι οποίες αποτελούν μία από τις πιο βασικές εφαρμογές της προσθετικής κατασκευής. Τα τελευταία χρόνια οι δομές πλέγματος έχουν αποτελέσει αντικείμενο ερευνητικού αλλά και βιομηχανικού ενδιαφέροντος, λόγω των πλεονεκτημάτων που μπορούν να προσφέρουν σε μία εφαρμογή. Συγκεκριμένα, η υψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος, η ελεγχόμενη κατανομή υλικού στο εσωτερικό ενός αντικειμένου και η απορρόφηση ενέργειας είναι κάποια από τα χαρακτηριστικά που καθιστούν τις πλεγματικές δομές ιδανικές σε τομείς όπως η ιατρική, η αυτοκινητοβιομηχανία, η αεροδιαστημική κ.ο.κ.
Στο πλαίσιο της εργασίας, πραγματοποιήθηκε σχεδιασμός και μελέτη δοκιμίων εφελκυσμού, κάμψης και κρούσης σύμφωνα με τα διεθνή πρότυπα ASTM, στα οποία ενσωματώθηκαν δομές πλέγματος διαφορετικής τοπολογίας. Οι δομές που επιλέχθηκαν είναι οι Split-P, Gyroid, Diamond οι οποίες ανήκουν στην κατηγορία των TPMS γεωμετριών, δηλαδή στις τριπλά περιοδικές ελάχιστες επιφάνειες. Με σκοπό την αξιολόγηση της μηχανικής τους συμπεριφοράς, πραγματοποιήθηκαν τόσο αριθμητικές αναλύσεις μέσω προσομοιώσεων, όσο και πειραματικές διαδικασίες μέσω τρισδιάστατης εκτύπωσης και δοκιμών. Συγκεκριμένα, τα δοκίμια σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν από υλικό PLA με την μέθοδο τρισδιάστατης εκτύπωσης FDM, με σταθερές παραμέτρους εκτύπωσης και στην συνέχεια υποβλήθηκαν σε δοκιμές εφελκυσμού, κάμψης και κρούσης. Οι διαδικασίες αυτές πραγματοποιήθηκαν με στόχο να προκύψουν χρήσιμα συμπεράσματα για την συμπεριφορά διαφορετικών πλεγματικών δομών υπό διαφορετικά σενάρια φόρτισης, καθώς και να αναλυθεί πως η επιλογή της κάθε τοπολογίας επηρεάζει την κατανομή τάσεων/παραμορφώσεων και την συνολική απόκριση των δοκιμίων.
This thesis in mainly based on the study and evaluation of lattice structures, which are one of the most basic applications of additive manufacturing. In recent years, lattice structures have been the subject of research and industrial interest, due to the advantages they can offer in an application. Specifically, the high strength-to-weight ratio, the controlled distribution of material inside an object, energy absorption are some of the characteristics that make lattice structures ideal in sectors such as medicine, the automotive industry, aerospace et al. In this study, tensile, bending and impact specimens were designed and studied according to international ASTM standards, in which lattice structures of different topologies were incorporated. The structures chosen are Split-P, Gyroid and Diamond, which belong to the category of TPMS geometries, that is, triply periodic minimal surfaces. In order to evaluate their mechanical behavior, both numerical analyses through simulations and experimental procedures through 3D printing and testing were carried out. Specifically, the specimens were designed and manufactured from PLA material, using the FDM 3D printing method, with fixed printing parameters and then subjected to tensile, bending and impact tests. These procedures were carried out with the aim of obtaining useful information about the behavior of different lattice structures under different loading conditions, as well as to analyse how the choice of each topology affects the stress/strain distribution and overall response of the specimens.
This thesis in mainly based on the study and evaluation of lattice structures, which are one of the most basic applications of additive manufacturing. In recent years, lattice structures have been the subject of research and industrial interest, due to the advantages they can offer in an application. Specifically, the high strength-to-weight ratio, the controlled distribution of material inside an object, energy absorption are some of the characteristics that make lattice structures ideal in sectors such as medicine, the automotive industry, aerospace et al. In this study, tensile, bending and impact specimens were designed and studied according to international ASTM standards, in which lattice structures of different topologies were incorporated. The structures chosen are Split-P, Gyroid and Diamond, which belong to the category of TPMS geometries, that is, triply periodic minimal surfaces. In order to evaluate their mechanical behavior, both numerical analyses through simulations and experimental procedures through 3D printing and testing were carried out. Specifically, the specimens were designed and manufactured from PLA material, using the FDM 3D printing method, with fixed printing parameters and then subjected to tensile, bending and impact tests. These procedures were carried out with the aim of obtaining useful information about the behavior of different lattice structures under different loading conditions, as well as to analyse how the choice of each topology affects the stress/strain distribution and overall response of the specimens.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Προσθετική κατασκευή, Πλεγματικές δομές, Τρισδιάστατη εκτύπωση, Μοντελοποίηση με σύντηξη εναπόθεσης, Εφελκισμός, Additive manufacturing, Lattice structures, Three-dimensional (3D) printing, Fused deposition modeling (FDM), Tension