Bakalářská práce se zabývá problematikou návrhu mikrostruktur s potenciálně záporným Poissonovým číslem (auxetické materiály). Vedle této vlastnosti, která vede k celé řadě možných aplikací, jsou auxetické materiály zajímavé z hlediska možnosti nastavení mechanických vlastností geometrií struktury (např. lze vhodnou geometrií dosáhnout nulového Poissonova čísla). Metodou konečných prvků byly vypočteny napětí a deformace navržených struktur, z čehož jsme získali výsledné makroskopické vlastnosti technikou homogenizace. Vypočtené hodnoty byly následně ověřeny mechanickými zkouškami na vzorcích vyrobených 3D tiskem. Ukázalo se, že všechny struktury vykazují záporné Poissonovo číslo v určitém rozsahu parametrů. Vhodná pro použití je především struktura A (re-entrant honeycomb), která se vedle záporného Poissonova čísla pyšní i velmi dobrou tahovou kapacitou. Navzdory předpokladu vyšly u všech struktur nízké střihové kapacity, tedy zatížení střihem není u těchto struktur vhodné.
Anotace v angličtině
In this thesis were designed microstructures with negative Poisson's ratio (auxetic materials). This feature leads to lot of possible applications. Stress and deformations were computed with finite element method and macroscopic mechanical propperties were obtained with computational homogenization. Computed results were compared with experimental measurement, samples were manufactured with 3D print technology. All structures shows negative Poisson's ratio in specific range of parameters. Structure A (re-entrant honeycomb) is useful because of good tensile capacity. Despite the assumption, negative Poisson's ratio does not lead to enhanced shear capacity for these structures, so they are not suitable for shear loading.
Klíčová slova
auxetický materiál, záporné Poissonovo číslo, lineární elasticita, metoda konečných prvků, homogenizace, 3D tisk
Klíčová slova v angličtině
auxetic material, negative Poisson's ratio, linear elasticity, finite element method, homogenization, 3D printing
Rozsah průvodní práce
68
Jazyk
CZ
Anotace
Bakalářská práce se zabývá problematikou návrhu mikrostruktur s potenciálně záporným Poissonovým číslem (auxetické materiály). Vedle této vlastnosti, která vede k celé řadě možných aplikací, jsou auxetické materiály zajímavé z hlediska možnosti nastavení mechanických vlastností geometrií struktury (např. lze vhodnou geometrií dosáhnout nulového Poissonova čísla). Metodou konečných prvků byly vypočteny napětí a deformace navržených struktur, z čehož jsme získali výsledné makroskopické vlastnosti technikou homogenizace. Vypočtené hodnoty byly následně ověřeny mechanickými zkouškami na vzorcích vyrobených 3D tiskem. Ukázalo se, že všechny struktury vykazují záporné Poissonovo číslo v určitém rozsahu parametrů. Vhodná pro použití je především struktura A (re-entrant honeycomb), která se vedle záporného Poissonova čísla pyšní i velmi dobrou tahovou kapacitou. Navzdory předpokladu vyšly u všech struktur nízké střihové kapacity, tedy zatížení střihem není u těchto struktur vhodné.
Anotace v angličtině
In this thesis were designed microstructures with negative Poisson's ratio (auxetic materials). This feature leads to lot of possible applications. Stress and deformations were computed with finite element method and macroscopic mechanical propperties were obtained with computational homogenization. Computed results were compared with experimental measurement, samples were manufactured with 3D print technology. All structures shows negative Poisson's ratio in specific range of parameters. Structure A (re-entrant honeycomb) is useful because of good tensile capacity. Despite the assumption, negative Poisson's ratio does not lead to enhanced shear capacity for these structures, so they are not suitable for shear loading.
Klíčová slova
auxetický materiál, záporné Poissonovo číslo, lineární elasticita, metoda konečných prvků, homogenizace, 3D tisk
Klíčová slova v angličtině
auxetic material, negative Poisson's ratio, linear elasticity, finite element method, homogenization, 3D printing
Zásady pro vypracování
Negativní Poissonovo číslo je projev několika přírodních materiálů v některých směrech. Nicméně, negativní Poissonovo číslo lze nalézt u syntetických materiálů s pečlivě navrhnutou mikro-strukturální architekturou. Využití takové struktury je nasnadě v letectví, biomedicíně, atd. Cílem bakalářské práce je seznámit studenta s mikro-strukturálním návrhem materiálu a analyzovat výsledné makroskopické (efektivní) elastické vlastnosti s využitím metody konečných prvků, více - škálového přístupu a 3D tisku.
1. Provést rešerši v oblasti modelování auxetických materiálů.
2. Navrhnout auxetické struktury na základě definovaných kritérií.
3. Formulovat počítačový model pomocí více-škálové metody konečných prvků.
4. 3D tisk a mechanické testy definovaných struktur.
5. Zhodnocení mechanických parametrů struktury, odhad makroskopických vlastností struktury na základě počítačového modelu.
Zásady pro vypracování
Negativní Poissonovo číslo je projev několika přírodních materiálů v některých směrech. Nicméně, negativní Poissonovo číslo lze nalézt u syntetických materiálů s pečlivě navrhnutou mikro-strukturální architekturou. Využití takové struktury je nasnadě v letectví, biomedicíně, atd. Cílem bakalářské práce je seznámit studenta s mikro-strukturálním návrhem materiálu a analyzovat výsledné makroskopické (efektivní) elastické vlastnosti s využitím metody konečných prvků, více - škálového přístupu a 3D tisku.
1. Provést rešerši v oblasti modelování auxetických materiálů.
2. Navrhnout auxetické struktury na základě definovaných kritérií.
3. Formulovat počítačový model pomocí více-škálové metody konečných prvků.
4. 3D tisk a mechanické testy definovaných struktur.
5. Zhodnocení mechanických parametrů struktury, odhad makroskopických vlastností struktury na základě počítačového modelu.
Seznam doporučené literatury
[1] ZIENKIEWICZ, O.C. and R.L. TAYLOR,. The Finite Element Method: The Basis. Butterworth-Heinemann, 2000, ISBN 0750650494
[2] STAINHAUSER, M. Computational Multiscale Modeling of Fluids and Solids. Springer, 2016, ISBN 9783662532249
Seznam doporučené literatury
[1] ZIENKIEWICZ, O.C. and R.L. TAYLOR,. The Finite Element Method: The Basis. Butterworth-Heinemann, 2000, ISBN 0750650494
[2] STAINHAUSER, M. Computational Multiscale Modeling of Fluids and Solids. Springer, 2016, ISBN 9783662532249
Přílohy volně vložené
1 CD
Přílohy vázané v práci
ilustrace, grafy, tabulky
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby je zveřejněn pouze přihlášenému uživateli.