Kübik birim kiral hücrenin mekanik davranışının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, kiral kafes yapılarında sıklıkla kullanılan bir birim hücre tetkik edilmiştir. Hücredeki kiriş elemanların kesiti dairesel olup, malzeme olarak titanyum alaşımı (Ti-6Al-4V) ele alınmıştır. Bir uca eksenel yer değiştirmeye uygulanmışken diğer uç ise ankastre türünde mesnetlenmiştir. Yapısal etüt için sonlu elemanlar metoduna sahip bir simülasyon kullanılmıştır. Simülasyon neticesinde Poisson oranı ve gerilme değerleri hesaplanmıştır. Poisson oranı ve gerilme değerleri, çıkış parametresidir. Hücre kirişlerinin yarıçapı ve uygulanan eksenel yer değiştirme de giriş değişkenleridir. Giriş ve çıkışlar, genetik algoritma esaslı bir optimizasyona tabi tutulmuştur. Gayeler, yer değiştirmenin ve dayanımın en büyük olanını tespit etmektir. Zira hafif yapılar maliyet ve dayanımları cihetiyle tercih edilmektedir. Ele alınan birim hücre, aslen muntazam bir kübik birim hücrenin onuncu burkulma moduna tekabül etmektedir. Netice itibarıyla, gayelere mutabık en uygun ebât tayin edilmiştir. Bununla beraber, parametreler arasındaki ilişkileri veren bir cevap fonksiyonu da elde edilmiştir. Optimum kesit yarıçapı 11,1 mm olarak belirlenmiştir. Bu şekliyle yapının kütlesi 638,95 gramdır. Kafes, 486,51 MPa gerilmeye dayanabilmektedir. Poisson oranı ise ende -0,00349 ve genişlikte -0,715 olmaktadır.

In this study, a unit cell frequently used in chiral lattice structures is examined. The cross-section of the beam elements in the cell is circular and titanium alloy (Ti-6Al-4V) is considered as the material. One end is subjected to axial displacement while the other end is fix supported. A simulation employing the finite element method has been utilized for the structural analysis. In the simulation, Poisson’s ratio and stress are calculated. Poisson’s ratio and stress are output parameters. Beam's cross-sectional radius and the applied axial displacement are input variables. The inputs and outputs are used for optimization based on a genetic algorithm. Objectives are to achieve maximum of displacement and strength as lightweight structures are preferred due to their cost and strength advantages. Investigated unit cell corresponds to the tenth buckling mode of a regular cubic unit cell. Consequently, optimum dimensions are determined considering the objectives. Additionally, a response function describing the relationships among parameters is obtained. Optimum cross-sectional radius is determined as 11.1 mm. In this configuration, the structure’s mass is 638.95 grams. The lattice endurances a stress of 486.51 MPa. Poisson’s ratio is -0.00349 in the transverse direction and -0.715 in the width.