Dissertação

{pt_PT=Modeling and Characterization of Honeycomb Structures with Density Gradient Produced by Additive Manufacturing Technologies} {} EVALUATED

{pt=Muitos dos avanços tecnológicos surgiram na sequência duma observação atenta da natureza, sendo as estruturas celulares um claro exemplo disso. As estruturas favo-de-mel, subsecção das estruturas celulares, têm sido gradualmente implementadas em vários dos sectores industriais devido ao seu elevado rácio rigidez/peso e boas propriedades de absorção de energia, tornando-as alternativas eficientes relativamente a materiais maciços. Recentemente verificou-se um aumento no número de estudos relativos a estruturas favo-de-mel funcionais, incluindo com gradientes de densidade. O presente trabalho surge como uma investigação complementar relativamente a estas estruturas, sendo o seu principal objetivo a caracterização mecânica de estruturas favo-de-mel regulares e com gradiente de densidade. Amostras produzidas através de manufatura aditiva foram submetidas a ensaios experimentais de compressão, suplementarmente desenvolvendo um modelo computacional destes ensaios através do método dos elementos finitos (FEM). A rigidez e energia absorvida especificas foram analisadas, bem como a variação destas propriedades com a densidade relativa e área aparente. De modo geral, as estruturas com gradiente demonstraram um desempenho mecânico superior comparativamente às estruturas regulares. Relativamente à orientação de carregamento fora-do-plano, as estruturas com gradiente apresentaram valores de rigidez superiores, sendo o principal fator de influência a área aparente. Relativamente à orientação dentro-do-plano, as estruturas com gradiente demonstraram valores de absorção de energia superiores aos das estruturas regulares, sendo a densidade relativa o elemento geométrico mais impactante. Os resultados numéricos dentro-do-plano demostraram uma correlação próxima relativamente aos resultados experimentais, com uma correspondência satisfatória referente à deformação permanente e subsequente fratura., en=Many technological advances have come from a close observation of nature, with cellular structures being a clear example of this. Honeycomb structures, a subsection of cellular materials, have gradually been implemented in many industrial sectors, as the associated high stiffness-to-weight ratio and energy absorption properties make them efficient lightweight alternatives to bulk materials. As a response to recent demands, an increase in studies regarding functional materials has surfaced, namely with density gradients being the highlighted tailorability factor regarding honeycomb structures. The present work is therefore a complementary investigation regarding functionally graded cellular materials, with its main objective being the mechanical characterization of regular and density graded honeycomb structures. Physical samples obtained via additive manufacturing were experimentally submitted to compression testing, along with a computational model of the test being developed using the finite element method (FEM). Specific stiffness and absorbed energy were analysed, with the variation of these properties with relative density and apparent area also being recorded. Overall, the functionally graded structures showed better mechanical performance when compared to their regular counterparts. In terms of out-of-plane testing, graded structures showed higher values for stiffness, with the main influence factor being the apparent area. In terms of in-plane testing, graded structures exhibited superior energy absorption than their regular counterparts, with relative density being the main driver. The in-plane numerical results showed an acceptable correlation with the experimental results, with satisfactory matching in plastic deformation and failure.}
{pt=Materiais Celulares Funcionais, Estruturas Favo-de-mel, Método dos Elementos Finitos, Teste de Compressão, Manufatura Aditiva, Gradiente de Densidade, en=Functionally Graded Cellular Structures, Honeycomb Structures, Finite Element Method, Compression Testing, Additive Manufacturing, Density Gradient}

novembro 30, 2022, 9:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

Maria de Fátima Reis Vaz

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado

ORIENTADOR

Augusto Manuel Moura Moita de Deus

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar