Výpočtová simulace tlakové zkoušky kovové pěny s otevřenými buňkami
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Tato práce se zabývá výpočtovou simulací tlakové zkoušky niklové pěny, jejíž model geometrie je sestaven na základě zpracování mikro-CT snímků reálného vzorku. Simulace tlakové zkoušky byla provedena s využitím explicitního řešiče v SW LS-DYNA, jejímž výstupem byla jak deformačně-napěťová odezva pěny, tak její deformovaná síť určená pro další analýzu. V rámci simulace tlakové zkoušky byly provedeny citlivostní studie, pomocí nichž bylo vybráno optimální nastavení modelu poskytující co nejlepší shodu deformačně–napěťové odezvy s experimentem. V dalším kroku byla provedena simulace tahové zkoušky v prostředí ANSYS Classic, jejímž cílem bylo určit moduly pružnosti ve třech navzájem kolmých směrech niklové pěny stlačené na různou úroveň. Provedené simulace odhalily relativně velkou míru anisotropie pěny z pohledu modulu pružnosti v tahu. Lze konstatovat, že dostupná experimentální data korespondují velmi dobře s numerickým odhadem elastických vlastností studované pěny (do určité míry jejího stlačení). V práci byl rovněž analyzován vliv velikosti použitých prvků na vypočtené moduly pružnosti, kde se ukázalo, že rozdíl mezi jemnou a hrubou sítí není zanedbatelný a je tudíž nutné věnovat volbě velikosti sítě patřičnou pozornost. Na základě této studie byla doporučena optimální úroveň diskretizace a celkové nastavení modelu pro dosažení co nejlepší shody modelu s experimentem.
The thesis presents computational simulation of compression test of a nickel foam and the 3D reconstruction of micro-CT images was utilized to generate the foam’s model of geometry. Explicit FEM is used to simulate compression test using software tool LS-DYNA and the stress–deformation curve is obtained together with deformed model’s mesh used for subsequent analysis. Sensitivity analyses were performed to configure the model and ensure best fit with values obtained during real-life experiment. The ANSYS Classic environment was then used to simulate tensile test of the foam compressed to various thicknesses. The tensile moduli in three mutually perpendicular directions of nickel foam were computed and the results were compared to experimental values as well. The results of tensile test simulation revealed considerable anisotropy of the foam’s elastic behavior. It can be said that the measured experimental data correspond very well with the elastic properties obtained from simulation up to certain level of compression. Analysis of the relationship between the element size and tensile moduli showed a significant difference between fine and coarse mesh. The optimal level of discretization and the overall model configuration ensuring high level of accuracy is proposed in this thesis.
The thesis presents computational simulation of compression test of a nickel foam and the 3D reconstruction of micro-CT images was utilized to generate the foam’s model of geometry. Explicit FEM is used to simulate compression test using software tool LS-DYNA and the stress–deformation curve is obtained together with deformed model’s mesh used for subsequent analysis. Sensitivity analyses were performed to configure the model and ensure best fit with values obtained during real-life experiment. The ANSYS Classic environment was then used to simulate tensile test of the foam compressed to various thicknesses. The tensile moduli in three mutually perpendicular directions of nickel foam were computed and the results were compared to experimental values as well. The results of tensile test simulation revealed considerable anisotropy of the foam’s elastic behavior. It can be said that the measured experimental data correspond very well with the elastic properties obtained from simulation up to certain level of compression. Analysis of the relationship between the element size and tensile moduli showed a significant difference between fine and coarse mesh. The optimal level of discretization and the overall model configuration ensuring high level of accuracy is proposed in this thesis.
Description
Citation
HOMOLA, V. Výpočtová simulace tlakové zkoušky kovové pěny s otevřenými buňkami [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Inženýrská mechanika a biomechanika
Comittee
prof. Ing. Vladislav Laš, CSc. (předseda)
doc. Ing. Luboš Náhlík, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc. (člen)
prof. Ing. Jaroslav Zapoměl, DrSc. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Florian, CSc. (člen)
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2020-07-29
Defence
Student ve vymezeném čase prezentoval svoji závěrečnou práci. Poté byly předneseny posudky a zodpovězeny dotazy oponenta. Následně byly pokládány další otázky vztahující se k diplomové práci:
Pro jaký rozsah tlouštěk platí uvedené regresní závislosti?
Proč byla použita aproximace přímkou?
Proč je modul pružnosti niklové pěny o dva řády menší než samotného niklu?
Proč byl snímek udělán pomocí počítačové tomografie až ve stlačeném stavu?
Jaký byl poměr velikosti testovaného vzorku versus velikost buňky?
Co se děje s třením mezi vzorkem a čelistmi při stlačení vzorku a jeho natažení?
Jak by se dalo jádro z pěny homogenizovat?
Po zodpovězení všech dotazů bylo vystoupení hodnoceno jako výborné.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení