Analytical Calculation of the Mechanical Properties of Honeycombs Printed Using the FDM Additive Manufacturing Technology
FDM 3D printed honeycombs are investigated. A honeycomb is composed of regular hexagonal cells. A honeycomb is 3D printed so that the fused filament runs along the walls of its cells. We emphasize that the thickness of these walls is one or two times the thickness of the fused filament. When calcula...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Russian |
| Опубліковано: |
Journal of Mechanical Engineering
2021
|
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/235458 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Journal of Mechanical Engineering |
Репозитарії
Journal of Mechanical Engineering| id |
journalsuranuajme-article-235458 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Journal of Mechanical Engineering |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| format |
Article |
| author |
Аврамов, К. В. Успенский, Б. В. Деревянко, И. И. |
| spellingShingle |
Аврамов, К. В. Успенский, Б. В. Деревянко, И. И. Analytical Calculation of the Mechanical Properties of Honeycombs Printed Using the FDM Additive Manufacturing Technology |
| author_facet |
Аврамов, К. В. Успенский, Б. В. Деревянко, И. И. |
| author_sort |
Аврамов, К. В. |
| title |
Analytical Calculation of the Mechanical Properties of Honeycombs Printed Using the FDM Additive Manufacturing Technology |
| title_short |
Analytical Calculation of the Mechanical Properties of Honeycombs Printed Using the FDM Additive Manufacturing Technology |
| title_full |
Analytical Calculation of the Mechanical Properties of Honeycombs Printed Using the FDM Additive Manufacturing Technology |
| title_fullStr |
Analytical Calculation of the Mechanical Properties of Honeycombs Printed Using the FDM Additive Manufacturing Technology |
| title_full_unstemmed |
Analytical Calculation of the Mechanical Properties of Honeycombs Printed Using the FDM Additive Manufacturing Technology |
| title_sort |
analytical calculation of the mechanical properties of honeycombs printed using the fdm additive manufacturing technology |
| title_alt |
Аналитический расчет механических характеристик сотовых заполнителей, напечатанных с помощью аддитивной технологии FDM Аналітичний розрахунок механічних характеристик стільникових заповнювачів, які надруковано за допомогою адитивної технології FDM |
| description |
FDM 3D printed honeycombs are investigated. A honeycomb is composed of regular hexagonal cells. A honeycomb is 3D printed so that the fused filament runs along the walls of its cells. We emphasize that the thickness of these walls is one or two times the thickness of the fused filament. When calculating the mechanical properties of a honeycomb, its walls are considered as a Euler-Bernoulli beam bending in one plane. To describe honeycombs, a homogenization procedure is used, which reduces a honeycomb to a homogeneous orthotropic medium. An adequate analytical calculation of the mechanical properties of this medium is the subject of our research. Analytical formulae for calculating the mechanical properties of honeycombs are presented. To assess the adequacy of the calculation results, the analytical data are compared with the results of simulation in the commercial ANSYS package. For this, the mechanical properties of the honeycombs made of the ULTEM 9085 material are determined numerically. To assess these properties, from a large number of analytical formulae are selected those that predict them adequately. As a result of calculations, an analytical prediction of all mechanical properties is obtained, with the exception of the in-plane shear modulus of a honeycomb. This is due to the fact that to simulate such a shear modulus one has to use a three-dimensional theory that does not have an adequate analytical description. A thin aluminum honeycomb was considered. In the future, three-layer structures with such a honeycomb will be investigated. Analytical results for ULTEM 9085 and aluminum honeycombs are similar. |
| publisher |
Journal of Mechanical Engineering |
| publishDate |
2021 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/235458 |
| work_keys_str_mv |
AT avramovkv analyticalcalculationofthemechanicalpropertiesofhoneycombsprintedusingthefdmadditivemanufacturingtechnology AT uspenskijbv analyticalcalculationofthemechanicalpropertiesofhoneycombsprintedusingthefdmadditivemanufacturingtechnology AT derevânkoii analyticalcalculationofthemechanicalpropertiesofhoneycombsprintedusingthefdmadditivemanufacturingtechnology AT avramovkv analitičeskijrasčetmehaničeskihharakteristiksotovyhzapolnitelejnapečatannyhspomoŝʹûadditivnojtehnologiifdm AT uspenskijbv analitičeskijrasčetmehaničeskihharakteristiksotovyhzapolnitelejnapečatannyhspomoŝʹûadditivnojtehnologiifdm AT derevânkoii analitičeskijrasčetmehaničeskihharakteristiksotovyhzapolnitelejnapečatannyhspomoŝʹûadditivnojtehnologiifdm AT avramovkv analítičnijrozrahunokmehaníčnihharakteristikstílʹnikovihzapovnûvačívâkínadrukovanozadopomogoûaditivnoítehnologíífdm AT uspenskijbv analítičnijrozrahunokmehaníčnihharakteristikstílʹnikovihzapovnûvačívâkínadrukovanozadopomogoûaditivnoítehnologíífdm AT derevânkoii analítičnijrozrahunokmehaníčnihharakteristikstílʹnikovihzapovnûvačívâkínadrukovanozadopomogoûaditivnoítehnologíífdm |
| first_indexed |
2024-06-01T14:44:32Z |
| last_indexed |
2024-06-01T14:44:32Z |
| _version_ |
1800670358200647680 |
| spelling |
journalsuranuajme-article-2354582021-07-01T07:22:50Z Analytical Calculation of the Mechanical Properties of Honeycombs Printed Using the FDM Additive Manufacturing Technology Аналитический расчет механических характеристик сотовых заполнителей, напечатанных с помощью аддитивной технологии FDM Аналітичний розрахунок механічних характеристик стільникових заповнювачів, які надруковано за допомогою адитивної технології FDM Аврамов, К. В. Успенский, Б. В. Деревянко, И. И. FDM 3D printed honeycombs are investigated. A honeycomb is composed of regular hexagonal cells. A honeycomb is 3D printed so that the fused filament runs along the walls of its cells. We emphasize that the thickness of these walls is one or two times the thickness of the fused filament. When calculating the mechanical properties of a honeycomb, its walls are considered as a Euler-Bernoulli beam bending in one plane. To describe honeycombs, a homogenization procedure is used, which reduces a honeycomb to a homogeneous orthotropic medium. An adequate analytical calculation of the mechanical properties of this medium is the subject of our research. Analytical formulae for calculating the mechanical properties of honeycombs are presented. To assess the adequacy of the calculation results, the analytical data are compared with the results of simulation in the commercial ANSYS package. For this, the mechanical properties of the honeycombs made of the ULTEM 9085 material are determined numerically. To assess these properties, from a large number of analytical formulae are selected those that predict them adequately. As a result of calculations, an analytical prediction of all mechanical properties is obtained, with the exception of the in-plane shear modulus of a honeycomb. This is due to the fact that to simulate such a shear modulus one has to use a three-dimensional theory that does not have an adequate analytical description. A thin aluminum honeycomb was considered. In the future, three-layer structures with such a honeycomb will be investigated. Analytical results for ULTEM 9085 and aluminum honeycombs are similar. Исследуются сотовые заполнители, напечатанные с помощью аддитивной технологии FDM. Ячейка сотового заполнителя является правильным шестиугольником. Сотовый заполнитель печатается на 3D принтере так, что нить печати идет вдоль стенок его ячеек. Подчеркнем, что толщина этих стенок составляет одну–две толщины нити. При расчете механических характеристик сотового заполнителя его стенки рассматриваются как балка Эйлера-Бернулли, изгибающаяся в одной плоскости. Для описания сотовых заполнителей используется процедура гомогенизации, которая сводит сотовый заполнитель к однородной ортотропной среде. Адекватный аналитический расчет механических характеристик этой среды является предметом наших исследований. Представляются аналитические формулы, по которым производятся расчеты механических характеристик сотовых заполнителей. Для оценки адекватности результатов расчетов аналитические данные сравниваются с результатами моделирования в коммерческом пакете ANSYS. Для этого численно определяются механические характеристики сотовых заполнителей из ULTEM 9085. Для оценки этих характеристик из большого количества аналитических формул выбираются те, которые предсказывают их адекватно. В результате расчетов получается аналитическое описание всех механических характеристик за исключением модуля сдвига в плоскости сотового заполнителя. Это объясняется тем, что для моделирования такого модуля сдвига приходится использовать трехмерную теорию, которая не имеет адекватного аналитического описания. Рассмотрен тонкий сотовый заполнитель, изготовленный из алюминия. В дальнейшем будут исследоваться трехслойные конструкции с таким сотовым заполнителем. Результаты аналитического анализа сотовых заполнителей из ULTEM и алюминия близки. Досліджено стільникові заповнювачі, надруковані за допомогою адитивних технологій FDM. Комірка стільникового заповнювача є правильним шестикутником. Стільники друкуються на 3D принтері так, що нитка друку йде уздовж стінки комірки стільника. Підкреслимо, що товщина стінок стільників складає одну–дві товщини нитки. Під час розрахунку механічних характеристик стінки стільникового заповнювача розглядаються як балка Ейлера-Бернуллі, що згинається в одній площині. Для опису стільникових заповнювачів використовується процедура гомогенізації, яка зводить стільниковий заповнювач до однорідного ортотропного середовища. Адекватний аналітичний розрахунок механічних характеристик такого середовища є предметом цих досліджень. Наведено аналітичні формули, за якими здійснюються розрахунки механічних характеристик стільникових заповнювачів. Для оцінки адекватності результатів аналітичні дані порівнюються з результатами моделювання в комерційному пакеті ANSYS. Для цього чисельно визначаються механічні характеристики стільникових заповнювачів з ULTEM 9085. Для оцінки механічних характеристик з великої кількості аналітичних формул вибираються ті, які адекватно описують механічні характеристики стільникових заповнювачів. В результаті розрахунків отримано аналітичний опис всіх механічних характеристик за винятком модуля зсуву в площині стільникового заповнювача. Це пояснюється тим, що для моделювання такого модуля зсуву доводиться використовувати тривимірну теорію, яка не має адекватного аналітичного опису. Розглянуто тонкий стільниковий заповнювач, виготовлений з алюмінію. Надалі будуть досліджуватися тришарові конструкції з таким стільниковим заповнювачем. Результати аналітичного аналізу стільникових заповнювачів з ULTEM і алюмінію є близькими. Journal of Mechanical Engineering Проблемы машиностроения Проблеми машинобудування 2021-07-01 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/235458 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 24 No. 2 (2021); 16-23 Проблемы машиностроения; Том 24 № 2 (2021); 16-23 Проблеми машинобудування; Том 24 № 2 (2021); 16-23 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/235458/233891 https://journals.uran.ua/jme/article/view/235458/233893 Copyright (c) 2021 К. В. Аврамов, Б. В. Успенский, И. И. Деревянко http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |