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Publicação
Development of Methodology for Modelling and Simulation of 3D Auxetic Structures
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Orientador(es)
Resumo(s)
As the requirements associated with mechanical behavior in structures throughout all industries become more demanding, some of the improvement needs cannot be fulfilled without exploring geometries that behave in ways which are not commonly observed. One of the behaviors that can lead to breakthroughs in several fields is the auxetic behavior, which is present in auxetic structures.
With most of the basic auxetic structures, the modelling and the simulation of the mechanical behavior can be performed with methods that do not require further improvements to work. But with complex auxetic structures, the application of these methods can be insufficient for constructing models which accurately define the structures. This makes these models inadequate for use in simulations of the behavior of said structures.
This work proposes a methodology that allows for the modelling of complex three dimensional functionally graded auxetic structures, realized through modifications in the equations that define the basic surfaces which characterize the aforementioned structures. In this methodology, the simulation studies are performed by means of the finite element method.
The gyroid surface was used as the complex geometry from which to form the auxetic structures. Experimental testing and simulation studies were performed on geometries with different gradient types and steepness’s to obtain comprehensive data that allows to infer on the accuracy of the methodology.
Com o aumento da exigência nos requisitos associados ao comportamento mecânico de estruturas em todas as indústrias, algumas das necessidades de progresso não podem ser colmatadas sem explorar geometrias que se comportam de maneiras que não são comummente observadas. Um dos comportamentos que poderá levar a avanços em vários ramos é o comportamento auxético, que está presente em estruturas auxéticas. No caso das estruturas auxéticas mais básicas, a modelação e a simulação do comportamento mecânico podem ser realizados com métodos que não requerem mais melhorias para funcionarem. Mas em estruturas auxéticas complexas, a aplicação destes métodos pode ser insuficiente para construir modelos que definam as estruturas de forma precisa. Isto torna estes modelos inadequados para utilizar em simulações do comportamento destas estruturas. Este trabalho propõe uma metodologia que permite modelar estruturas auxéticas complexas tridimensionais com gradiente funcional, realizada através de modificações nas equações que definem as superfícies base que caracterizam as estruturas mencionadas. Nesta metodologia, os estudos de simulação são realizados através do método dos elementos finitos. A superfície giróide foi a geometria complexa utilizada a partir do qual foram formadas estruturas auxéticas. Ensaios experimentais e estudos de simulação foram realizados nas geometrias com tipos e intensidades de gradientes diferentes para obter dados extensivos que permite inferir sobre a precisão do método.
Com o aumento da exigência nos requisitos associados ao comportamento mecânico de estruturas em todas as indústrias, algumas das necessidades de progresso não podem ser colmatadas sem explorar geometrias que se comportam de maneiras que não são comummente observadas. Um dos comportamentos que poderá levar a avanços em vários ramos é o comportamento auxético, que está presente em estruturas auxéticas. No caso das estruturas auxéticas mais básicas, a modelação e a simulação do comportamento mecânico podem ser realizados com métodos que não requerem mais melhorias para funcionarem. Mas em estruturas auxéticas complexas, a aplicação destes métodos pode ser insuficiente para construir modelos que definam as estruturas de forma precisa. Isto torna estes modelos inadequados para utilizar em simulações do comportamento destas estruturas. Este trabalho propõe uma metodologia que permite modelar estruturas auxéticas complexas tridimensionais com gradiente funcional, realizada através de modificações nas equações que definem as superfícies base que caracterizam as estruturas mencionadas. Nesta metodologia, os estudos de simulação são realizados através do método dos elementos finitos. A superfície giróide foi a geometria complexa utilizada a partir do qual foram formadas estruturas auxéticas. Ensaios experimentais e estudos de simulação foram realizados nas geometrias com tipos e intensidades de gradientes diferentes para obter dados extensivos que permite inferir sobre a precisão do método.
Descrição
Palavras-chave
Auxetic metamaterials Gyroid Functionally graded materials Negative Poisson’s ratio