Projekti / Programi
Razvoj in karakterizacija naprednih avksetičnih celičnih metamaterialov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.11.02 |
Tehnika |
Konstruiranje |
Specialna konstrukcijska znanja |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
večnamenski materiali, celični materiali, avksetični materiali, metamateriali, mehanska karakterizacija, računalniške simulacije, dinamično obremenjevanje
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
38219 |
dr. Nejc Novak |
Konstruiranje |
Vodja |
2020 - 2022 |
194 |
Organizacije (1)
Povzetek
Celične strukture so zaradi svoje atraktivne kombinacije mehanskih in termičnih lastnosti v zadnjem desetletju vse pogosteje uporabljene v modernih inženirskih izdelkih. Napredek dodajalnih izdelovalnih tehnologij v zadnjih letih pa je omogočil izdelavo delov z zapleteno notranjo celično zgradbo, ki je pogosto prilagojena namenu uporabe. Posebna vrsta naprednih celičnih struktur so avksetične celične strukture, ki imajo negativno Poissonovo razmerje. Avksetične celične strukture imajo bolj ali manj zapleteno dvo- ali tridimenzionalno geometrijo, ki jim omogoča da se deformirajo na poseben in v naprej predviden način, ter tako tudi spremenijo volumen med obremenjevanjem. Med obremenjevanjem z natezno obremenitvijo se njihov presek prečno na smer obremenjevanja poveča, pri tlačni obremenitvi pa velja obratno. To obnašanje omogoča nekaj izvrstnih mehanskih lastnosti, ki te materiale delajo zelo uporabne za mnoge aplikacije. Geometrije in mehanske lastnosti večine celičnih in še posebej avksetičnih metamaterialov (morfologija in topologija) še niso jasno karakterizirane in določene, ob tem pa morajo biti definirani še številni vplivni parametri na mehanski odziv, še posebej pri dinamičnih obremenitvah. Namen predlagane projekta je razvoj novih, topološko optimiziranih uniformnih in gradiranih celičnih in še posebej avksetičnih struktur, ki mu bo sledilo obsežno eksperimentalno testiranje in računalniške simulacije pri različnih pogojih obremenjevanja (vključno s strižnim obremenjevanjem). Obsežno eksperimentalno testiranje na novo razvitih avksetičnih struktur bo dopolnjeno z naprednimi računalniškimi simulacijami, kar bo omogočilo popolno karakterizacijo mehanskega obnašanja, kar je nujno potrebno za uspešno implementacijo in uporabo teh materialov v sodobnih aplikacijah. Mehanska karakterizacija bo izvedena pri kvazi-statičnih, dinamičnih in visoko-hitrostnih pogojih obremenjevanja. Načrtovana je tudi detajlna računalniška in eksperimentalna analiza območij prepovedanih frekvenc. Eksperimentalno testiranje pri dinamičnih pogojih obremenjevanja pa bo podkrepljeno tudi z infrardečo termografijo, ki omogoča izvrstno vizualizacijo deformacijskega procesa. Eksperimentalni rezultati bodo podali potrebne informacije o kompleksnem deformacijskem načinu dvo- in tridimenzionalnih avksetičnih struktur pri različnih pogojih obremenjevanja, kar bo omogočilo določitev najprimernejše kombinacije geometrije in materiala v celični strukturi za doseganje željenega obnašanja. Novo razvite avksetične geometrije bodo v nadaljevanju uporabljene za razvoj avksetičnih kompozitov. Poseben absorber trkov zgrajen z optimizirano geometrijo avksetične strukture napolnjeno z aluminijasto peno bo razvit in preizkušen za specifično aplikacijo, kjer bo pokazano, da lahko s takšnim modernim absorberjem močno povečamo sposobnost absorpcije energije pri trkih in udarcih. Avksetični kompoziti izdelani iz pločevin s procesom eksplozijskega varjenja bodo tudi preučeni s pomočjo predhodno opisanih postopkov. S kombinacijo parametričnih računalniških simulacij in topološke optimizacije bodo rezultati te raziskave prinesli znaten napredek in novo znanje na področju uspešne uporabe in umestitve celičnih metamaterialov in kompozitov v bodoče inženirske in druge aplikacije.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
