Μηχανικές ιδιότητες αυξητικών δομών κατασκευασμένες με χρήση προσθετικών κατασκευών
Mechanical properties of auxetics structures fabricated using additive manufacturing
Λέξεις-κλειδιά
Προσθετική κατασκευή ; Αυξητικά ; Αρνητικός λόγος Poisson ; 3D εκτύπωση ; FFF ; Re-entrant honeycomb ; CAE ; FEA analysis ; Ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων ; Εφελκυσμός ; Auxetic ; Negative Poisson’s ratio ; Additive manufacturing ; Tensile testing ; Fused filament fabricationΠερίληψη
Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει τις μηχανικές ιδιότητες αυξητικών δομών που κατασκευάζονται με τη χρήση προσθετικών κατασκευών, εστιάζοντας στον λόγο Poisson. Οι αυξητικές δομές, οι οποίες εμφανίζουν αρνητικό λόγο Poisson, βρίσκουν ερευνητική εφαρμογή σε πληθώρα τομέων, όπως η αεροναυπηγική, η βιοϊατρική και ο προστατευτικός εξοπλισμός κ.α. Σκοπός της εργασίας είναι η διερεύνηση της επίδρασης γεωμετρικών παραμέτρων και υλικών στη διαμόρφωση του λόγου Poisson σε μία αυξητική δομή μέσω αριθμητικών προσομοιώσεων FEA και πειραματικών δοκιμών. Η εργασία ξεκινά με βιβλιογραφική ανασκόπηση, εστιάζοντας στις αυξητικές δομές, τον λόγο Poisson τις ιδιότητες και τις εφαρμογές τους. Επίσης, παρουσιάζονται προηγούμενες μελέτες που διερεύνησαν τη συμπεριφορά αυξητικών δομών και αναλύονται τα βασικά θεωρητικά υπόβαθρα.
Η μεθοδολογία περιλαμβάνει τον σχεδιασμό και την ανάλυση με λογισμικό CAE (Inventor Nastran 2025) , διαφόρων παραμέτρων σε αυξητική δομή τύπου «re-entrant honeycomb» , καθώς και την εκτύπωσή των δομών με τεχνολογία προσθετικής κατασκευής FFF. Ακολούθησαν εφελκυστικές δοκιμές για τη μέτρηση του λόγου Poisson και σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων με τα δεδομένα της βιβλιογραφίας και τις αριθμητικές προσομοιώσεις FEA. Τα αποτελέσματα της έρευνας αναδεικνύουν τη σημασία της γεωμετρίας των δομών στη διαμόρφωση του λόγου Poisson, εστιάζοντας στις γεωμετρικές παραμέτρους που έχουν τη μεγαλύτερη επίδραση. Παράλληλα, επισημαίνονται οι αποκλίσεις που προκύπτουν μεταξύ των αριθμητικών και πειραματικών δεδομένων, καθώς και οι περιορισμοί της παρούσας μεθοδολογίας. Τέλος, προτείνονται τρόποι βελτίωσης της πειραματικής διαδικασίας και της προσομοίωσης, ενώ επιστρατεύεται η ανάγκη για την καθιέρωση ενός προτύπου στις δοκιμές εφελκυσμού αυξητικών δομών, προκειμένου να εξασφαλιστεί η επαναληψιμότητα και η συγκρισιμότητα των αποτελεσμάτων με την ευρύτερη βιβλιογραφία.
Περίληψη
This thesis investigates the mechanical properties of auxetic structures fabricated using additive manufacturing, with a specific focus on the Poisson’s ratio. Auxetic structures, which exhibit a negative Poisson’s ratio, have research applications across various fields, including aerospace, biomedical engineering, and protective equipment etc. The objective of this study is to examine the impact of geometric parameters and material selection on Poisson’s ratio in an auxetic structure through numerical FEA simulations and experimental testing. The study begins with a literature review, focusing on auxetic structures, Poisson’s ratio, their properties, and applications. Additionally, previous research exploring the behavior of auxetic structures is presented, along with an analysis of the fundamental theoretical background. The methodology includes the design and CAE (Inventor Nastran 2025) -based analysis of various parameters in a re-entrant honeycomb auxetic structure, as well as the fabrication of the structures using Fused Filament Fabrication -FFF additive manufacturing technology. Tensile tests were subsequently conducted to measure the Poisson’s ratio, and the experimental results were compared with literature data and numerical simulations FEA.
The research results highlight the importance of structural geometry in shaping Poisson’s ratio, focusing on the geometric parameters that have the greatest impact. Additionally, discrepancies between numerical and experimental data are noted, along with the limitations of the current methodology. Finally, recommendations are made for improving both the experimental process and simulations, while emphasizing the need to establish a standardized tensile testing protocol for auxetic structures to ensure repeatability and comparability of results with the broader literature.
Αριθμός σελίδων
154Σχολή
Σχολή ΜηχανικώνΑκαδημαϊκό Τμήμα
Τμήμα Μηχανολόγων ΜηχανικώνΓλώσσα
ΕλληνικάΣυλλογή
Εκτός από όπου επισημαίνεται κάτι διαφορετικό, το τεκμήριο διανέμεται με την ακόλουθη άδεια:
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές