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Ajuste de Estructuras Auxéticas en Forma de Estrella 3D para un Rendimiento Mecánico Mejorado

Autores: Wang, Yulong; Alsaleh, Naser A.; Djuansjah, Joy; Hassanin, Hany; El-Sayed, Mahmoud Ahmed; Essa, Khamis

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Ajuste de Estructuras Auxéticas en Forma de Estrella 3D para un Rendimiento Mecánico Mejorado


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Estructuras de red auxéticas
Fabricación aditiva
Aplicaciones aeroespaciales
Propiedades mecánicas
Análisis de elementos finitos
Fusión por láser en lecho de polvo

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 29

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Las estructuras de reticulado auxético son unidades repetitivas diseñadas tridimensionalmente con multifuncionalidad en el espacio tridimensional, especialmente con la aparición de tecnologías de fabricación aditiva (AM). En aplicaciones aeroespaciales, estas estructuras tienen potencial para su uso en componentes ligeros de alto rendimiento, contribuyendo a una mayor eficiencia. Este artículo investiga el diseño, la simulación numérica, la fabricación y las pruebas de estructuras de reticulado tridimensional (3D) en forma de estrella con propiedades mecánicas personalizadas. Se empleó el análisis de elementos finitos (FEA) para examinar el efecto del ángulo del vértice de una unidad de reticulado y el diámetro de la viga en la relación de Poisson y el módulo elástico efectivo de la estructura de reticulado. El diámetro de la viga se alteró de 0.2 a 1 mm, mientras que el ángulo del vértice en forma de estrella se ajustó de 15 a 90 grados. Se utilizó la fusión de lecho de polvo láser (LPBF), una técnica de AM, para fabricar experimentalmente estructuras de panal en 3D en forma de estrella hechas de aleación TiAlV, que luego fueron sometidas a pruebas de compresión para verificar los resultados de modelado. Se demostró que el módulo elástico efectivo disminuía al aumentar el ángulo del vértice o al disminuir el diámetro de la viga, mientras que la relación de Poisson tenía un comportamiento complejo dependiendo de las características geométricas de la estructura. Al personalizar el ángulo del vértice de la unidad y el diámetro de la viga, las estructuras impresas exhibieron relaciones de Poisson negativas, cero y positivas, lo que las hace aplicables en una amplia gama de componentes aeroespaciales, como sistemas de absorción de impactos, alas de aeronaves, secciones de fuselaje, trenes de aterrizaje y soportes de motor. Esta optimización apoyará la creciente demanda de estructuras ligeras en el sector aeroespacial.

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