Modelování prutových soustav vyrobených 3D tiskem

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá numerickým modelováním mechanického chování prutových soustav vyrobených technologií 3D tisku z materiálu PETG. V rámci práce byl vytvořen výpočetní model v programu OOFEM, pomocí kterého byly simulovány mechanické vlastnosti jednotlivých nosníků a hexagonálních soustav a hexagonálních soustav s vnitřními konzolami. Materiálové parametry použité v modelu byly kalibrovány na základě experimentálních výsledků zkoušek v tříbodovém ohybu a zatěžování hexagonálních buněk. Práce dále zkoumá vliv tření na kontaktních plochách a jeho význam při přenosu zatížení a deformační odezvě zkoumaných struktur. Byl použit lineární i nelineární materiálový model, přičemž nelineární chování bylo aproximováno funkcí arkus tangens pro přesnější zachycení plastických deformací. Získané numerické výsledky byly důkladně porovnány s experimentálními daty, což umožnilo detailní analýzu přesnosti a spolehlivosti výpočetního přístupu při popisu skutečného mechanického chování 3D tištěných metamateriálů. Práce rovněž hodnotí vliv lokálních imperfekcí vzniklých při 3D tisku, zejména na styčných plochách vnitřních konzolí, které zásadním způsobem ovlivňují globální mechanické vlastnosti soustav. Celkově přináší detailní vhled do mechanického chování 3D tištěných struktur a jejich modelování, což přispívá k lepšímu porozumění možností a limitů použití metamateriálů v možných aplikacích.

This master's thesis focuses on the numerical modelling of the mechanical behaviour of beam assemblies manufactured using 3D printing technology from PETG material. A computational model was solved in OOFEM software to simulate the mechanical properties of individual beams, hexagonal systems and hexagonal systems containing internal cantilevers. The constitutive parameters used in the computational model were calibrated based on experimental data obtained from three-point bending tests and load tests of hexagonal cells. Both linear and non-linear material models were employed, with non-linear behavior approximated by an arctangent function to more accurately capture plastic deformations. The thesis further investigates the influence of friction at the contact interfaces and its significance in load transfer and deformation response of the examined structures. Numerical results were thoroughly compared against experimental data, enabling an in-depth assessment of the accuracy and reliability of the computational approach in describing the actual mechanical response of 3D-printed metamaterials. Additionally, the thesis evaluates the impact of local imperfections originating from the 3D printing process, especially at the interfaces of internal cantilevers, which significantly affect the global mechanical properties of the assemblies. Overall, the thesis provides detailed insights into the mechanical behavior and numerical modeling of 3D-printed structures, contributing to a deeper understanding of the potential and limitations for the use of metamaterials in possible applications.