Mikrostrukturální návrh a analýza 2D architektury se záporným Poissonovým číslem: experimentální/počítačový přístup

Václav Vomáčko

Bakalářská práce

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.

Abstract:

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

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 26. 6. 2018

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Jiří Šafka, Ph.D.

Technická univerzita v Liberci

Fakulta strojní

Bakalářský studijní program / obor:
Strojní inženýrství / Strojní inženýrství