对元材料细胞的拓优化,以替换非气动轮胎的可能性和3D打印的能力
Shokouh Dezianian1, Mohammad Azadi1, Seyed Mohammad Javad Razavi2
1Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran.
PloS one
|October 13, 2023
概括
研究人员使用3D打印优化了非气动轮胎 (NPT) 的细胞结构. 优化的设计实现了显著的重量减轻,同时保持了可比的疲劳寿命和降低的刚度,表明了更轻,更高效的NPT的潜力.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 添加剂制造 添加剂制造 添加剂制造
背景情况:
- 非气动轮胎 (NPT) 与传统的气动轮胎相比,具有优势.
- 机械超材料为NPT设计提供了一个潜在的解决方案.
- 3D打印可以为NPT应用程序制造复杂的细胞结构.
研究的目的:
- 使用拓优化优化非气动轮胎 (NPT) 的细胞结构.
- 评估优化的NPT细胞结构的机械性能,包括疲劳寿命和压缩行为.
- 通过3D打印来评估优化设计的可制造性.
主要方法:
- 拓优化应用于立方体和圆柱体单元细胞,以及疲劳测试圆柱体样本 (FTCS).
- 对聚乳酸 (PLA) 进行了拉伸测试,以确定材料特性.
- 在优化的细胞结构和固体样本上进行了压缩和曲疲劳测试.
- 场发射扫描电子显微镜 (FESEM) 用于分析断裂表面.
主要成果:
- 优化的立方单元细胞保留了原始重量的35%,圆柱状单元细胞20%和FTCS60%.
- 细胞结构比优化设计轻15%,表现出类似的疲劳寿命.
- 压缩测试显示,与固体样本相比,细胞结构的硬度减少了37%,体重减少了59%.
- 费塞姆分析显示,弱层间连接是主要的故障模式.
结论:
- 优化的细胞结构为NPTs提供了显著的体重减轻.
- 开发的NPT设计显示了与较重的对应物相比,可比的疲劳性能.
- 需要进一步的研究来解决层间粘附,以提高结构完整性和性能.
