Mechanické vlastnosti auxetických struktur určené numerickými simulacemi

Abstract

Předkládaná práce se zabývá numerickou analýzou kvazi-statické tlakové mechanické odezvy auxetické struktury s elementární buňkou tvaru reentrantního tetrakaidekaedru v závislosti na vybraných geometrických parametrech struktury. Numerická analýza je prováděna metodou konečných prvků v programu Ansys. K jejímu provedení byla vytvořena sada parametrických nástrojů, které umožňují automatizované provedení virtuálních tlakových experimentů. Analyzovány jsou struktury vycházející ze dvou základních geometrických modelů elementárních buněk - nosníkové a její facetové modifikace. Inverzně jsou simulacemi zjišťovány zejména Youngův modul pružnosti, průběh Poissonovy funkce a hustota deformační energie. Tyto charakteristiky jsou dále vyhodnocovány vzhledem ke geometrii jednotkové buňky určené především reentrantním úhlem a její relativní hustotou. Prezentovány jsou výsledky simulací pro tlakově-deformační chování jak jednotkové buňky samotné, tak výsledky deformační odezvy periodické struktury o velikosti numericky určeného reprezentativního elementu objem

The thesis is focused on a numerical analysis of mechanical behaviour of auxetic structures with reentrant tetrakaidecahedral unit cell subjected to uni-axial quasi-static compression. The mechanical behavior is evaluated with respect to selected geometrical parameters of the unit cell. Finite element method is used for the numerical analysis of the problem. A set of fully parametric tools has been developed in Ansys software, which enabled automatic execution and evaluation of virtual experiments. The analysed structures are based on two different basic unit cell models - beams and its faceted modification. From results of the simulations Young´s modulus, the evolution of Poisson´s function and the deformation energy density are inversely estimated. The relation between these characteristics and geometry of the unit cell, particularly the re-entrant angle and the relative density, is evaluated. Results of the inverse numerical simulations for the unit cell and representative volume element of its three-dimensional periodic assembly are presented.