STUDY OF ENERGY ABSORPTION IN MICRO – STRUT LATTICE STRUCTURE PRODUCED BY SELECTIVE LASER MELTING
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Předložená dizertační práce je součástí většího výzkumného projektu, který si klade za cíl využití mikro prutové konstrukce vyrobené technologií SLM jako absorbér rázové energie s přesně navrženými vlastnostmi. Hlavním cílem práce je vývoj numerického modelu deformačního chování mikro-prutové konstrukce vyrobeného technologií Selective Laser Melting (SLM) z materiálu AlSi10Mg. Aby bylo možné dosáhnout hlavního cíle dizertační práce, bylo nutné analyzovat vliv procesních parametrů technologie SLM na tvorbu vnitřních materiálových vad a drsnost povrchu při výrobě mikro-prutové konstrukce. Tyto imperfekce degradují její mechanické vlastnosti a jejich odstranění zlepší možnosti a přesnost numerické predikce. Výsledky ukazují významný vliv dvou hlavních parametrů – skenovací rychlosti laseru a výkonu laseru. Na základě těchto poznatků byly dále definovány parametry vstupní energie Ein a lineární energie Elin, které zahrnují oba zmíněné parametry a byly definovány jejich limitní hodnoty pro minimalizaci vzniklých imperfekcí. Deformační chování vyrobené mikro-prutové konstrukce bylo analyzováno na navrženém pádové zařízení, které umožňuje testování s dopadovou energií až 120 J. Deformační chování je vyhodnocováno s využitím obrazové analýzy záznamu vysoko rychlostní kamery a silového průběhu z tenzometru. Výsledky analýzy byly využity pro validaci numerického modelu v programu ANSYS Explicit, do kterého byly implementovány poznatky o reálném tvaru vyrobeného mikro-prutového materiálu ve formě eliptického modelu geometrie a informace o reálných mechanických vlastnostech ve formě vyvinutého materiálového modelu. Výsledné porovnání výsledků experimentu s predikcí numerického modelu ukazují dobrou shodu v místě maximálního zatížení Fmax (odchylka 5 %) i průběhu celé deformace vzorku. Tyto poznatky budou v budoucnu využity při návrhu absorbéru energie s definovanými mechanickými vlastnostmi.
The present dissertation thesis is a part of the research project which is aimed to use the SLM produced lattice structures as an impact energy absorber with defined mechanical behaviour. The main goal of the thesis is the development of the numerical model of deformation behaviour of the SLM produced micro-strut lattice structure the made from AlSi10Mg. In order to achieve the main goal, it was necessary to analyse the influence of SLM process parameters on the formation of internal material defects and surface roughness during the SLM production of the micro-strut lattice structure; these defects degrade mechanical properties of the structure and their removal will improve the mechanical properties. The results show a significant influence of two main parameters – laser scanning speed and laser power. On the basis of these findings, the parameters of input energy Ein and linear energy Elin, which include both above parameters, were defined and their limit values were determined to minimize the imperfections. The deformation behaviour of the manufactured micro-strut lattice structures was analysed on the developed drop-weight impact device that allows testing with an impact energy up to of 120 J. The deformation behaviour is evaluated using the image analysis of the high-speed camera record and force record from the strain gauge. The results of the mechanical testing were used for the validation of the developed numerical model in the ANSYS Explicit software where the real shape of the produced micro-strut lattice structure was implemented in the form of an elliptical geometry along with the information on the real mechanical properties in the form of the developed material model. The resulting comparison of the experimental results and the numerical model prediction show a good match at the maximum load Fmax (deviation of 5 %) and also the entire course of sample deformation. These findings will be further used to design of energy absorber with defined mechanical properties.
The present dissertation thesis is a part of the research project which is aimed to use the SLM produced lattice structures as an impact energy absorber with defined mechanical behaviour. The main goal of the thesis is the development of the numerical model of deformation behaviour of the SLM produced micro-strut lattice structure the made from AlSi10Mg. In order to achieve the main goal, it was necessary to analyse the influence of SLM process parameters on the formation of internal material defects and surface roughness during the SLM production of the micro-strut lattice structure; these defects degrade mechanical properties of the structure and their removal will improve the mechanical properties. The results show a significant influence of two main parameters – laser scanning speed and laser power. On the basis of these findings, the parameters of input energy Ein and linear energy Elin, which include both above parameters, were defined and their limit values were determined to minimize the imperfections. The deformation behaviour of the manufactured micro-strut lattice structures was analysed on the developed drop-weight impact device that allows testing with an impact energy up to of 120 J. The deformation behaviour is evaluated using the image analysis of the high-speed camera record and force record from the strain gauge. The results of the mechanical testing were used for the validation of the developed numerical model in the ANSYS Explicit software where the real shape of the produced micro-strut lattice structure was implemented in the form of an elliptical geometry along with the information on the real mechanical properties in the form of the developed material model. The resulting comparison of the experimental results and the numerical model prediction show a good match at the maximum load Fmax (deviation of 5 %) and also the entire course of sample deformation. These findings will be further used to design of energy absorber with defined mechanical properties.
Description
Keywords
Selective Laser Melting, mikro-prutová struktura, nárazová energie, numerický model, porozita, drsnost povrchu, materiál AlSi10Mg, skenovací strategie laseru, Selective Laser Melting, micro-strut lattice structure, impact energy, numerical model, porosity, surface roughness, material AlSi10Mg, laser scanning strategy
Citation
VRÁNA, R. STUDY OF ENERGY ABSORPTION IN MICRO – STRUT LATTICE STRUCTURE PRODUCED BY SELECTIVE LASER MELTING [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2019.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Konstrukční a procesní inženýrství
Comittee
prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. (předseda)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.Wirt.-Ing. Johannes Schleifenbaum (člen)
mgr. inz. Dr. Mateusz Skalon (člen)
doc. Ing. Pavel Hutař, Ph.D. (člen)
Ing. Zbyněk Strecker, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2019-03-28
Defence
DDP splňuje požadavky plynoucí z § 47 Zákona č.111/1998 Sb., O vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů a z článku 41 Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně.
DDP obsahuje původní výsledky uveřejněné mj. ve dvou článcích v impaktovaném časopise a ve dvou článcích indexovaných v databázi Scopus.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení