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L'auteur se concentre sur la création d'une famille d'appareils flottants, en utilisant de l'acier inoxydable 316L. Avec des coques minces d'une épaisseur inférieure au millimètre soudées ensemble, les structures métalliques flottantes sont censées résister à l'activité de flambage. Mehta explique que le but ultime de l'étude était de créer des pièces plus solides qui sont toujours légères, la thèse se concentrant uniquement sur la fusion par lit de poudre au laser (LPBF).
Les processus AM ont été considérés comme bénéfiques en raison de la réduction des pièces pendant la production et moins d'assemblage, une plus grande précision et moins de post-traitement, une flexibilité dans la conception, la rigidité des matériaux et la personnalisation. Mehta a énuméré les limites typiques: rugosité de surface plus élevée, peu de matériaux disponibles, temps de fabrication augmentés et manque de cohérence en termes de qualité.
λ ou facteur de flambement de la comparaison de sécurité entre les sections avec différents raidisseurs sous charges hydrostatiques: a) λ pour un tube vide; b) λ pour un tube avec des nervures longitudinales; c) λ pour un tube avec seulement 5 anneaux de soudure; d) λ pour un tube avec des nervures longitudinales et des anneaux de soudure
Pendant l'expérimentation, l'ajout de raidisseurs a amélioré les performances de la pièce. Cela était particulièrement efficace lorsqu'une résistance au flambement élevée ou un poids moindre était requis.
Effet de poisson
Graphique Ashby pour refléter le rapport résistance / poids des tubes avec différents raidisseurs
Bien que tous les détails concernant la partie de l'échantillon n'aient pas été divulgués, Mehta l'a décrite comme
“En tant que modification de la pièce d’origine, une légère modification a été effectuée sur la base des résultats de la simulation ANSYS, produisant une conception basée sur la simulation pour épaissir les anneaux”, a déclaré Mehta. “La même chose a été faite pour éviter la défaillance au niveau des anneaux et changer le chemin de charge, afin d’obtenir une défaillance du flambage du type de peau.”
Une autre conception personnalisée a également été fabriquée, mais avec des anneaux plus épais et des trous plus grands dans les anneaux, permettant un poids similaire et une amélioration en termes de flambage.
Différence entre les raidisseurs d'anneau d'origine tels qu'utilisés par ABB par rapport à un raidisseur d'anneau modifié: a) la conception de l'anneau d'origine avec des anneaux de 0,5 mm d'épaisseur; b) conception de bague modifiée avec des anneaux de 1 mm d'épaisseur avec un diamètre intérieur plus grand
Différents concepts de conception adaptés au métal AM: a) avec quelques petites protubérances comme raidisseurs annulaires; b) avec des supports hélicoïdaux comme raidisseurs; c) avec des nids d'abeilles comme raidisseurs
Section flottante avec uniquement des raidisseurs annulaires creux
Conception finale de la section flottante avec des motifs isogrilles comme raidisseurs
Conception finale de la section flottante avec des motifs en nid d'abeilles comme raidisseurs
«Comme discuté en théorie, le flambement linéaire de la pièce n’était pas la représentation correcte de ce qui se passerait réellement lorsque la pièce échoue. En effet, le flambage hydrostatique représente une défaillance plastique et la pression de pliage est utilisée pour définir les charges maximales de la pièce. Par conséquent, une conception plus robuste, qui incorporait la non-linéarité, devait être testée et prouver les performances de la conception dans la vie réelle. Plusieurs facteurs se sont avérés affecter les performances lors du passage à AM, et les configurations expérimentales ont été définies en conséquence », a expliqué Mehta.
Résultats ANSYS montrant les résultats des tests de flambement d'Euler et les résultats des tests de structure statique: a) Flambement d'Euler montrant que le facteur de sécurité théorique est de 12,9 à une charge uniaxiale de 8124 N et une épaisseur de 0,4 mm à section cylindrique; b) contrainte générée à 8124 N dans la pièce, montrant la valeur de contrainte moyenne dans la plage de 401 MPa à 0,4 mm d'épaisseur
Les impressions ont été réalisées chez AMEXCI, Suède, sur un EOS M290, et chez ABB Corporate sur le ReaLizer SLM 50.
«Les résultats de la simulation ont montré une amélioration d’environ 3 fois de la résistance au flambement spécifique dans l’une des conceptions – pièce AM rigidifiée en isogrille avec des anneaux creux, comme le montre le tableau 6.1 [ci-dessous]. Les niveaux de contrainte indiqués étaient bien inférieurs à la résistance ultime du matériau, ce qui signifie que l’idée pourrait fonctionner. Cependant, ce concept de conception doit être prouvé expérimentalement », a déclaré Mehta en conclusion.
«Ces dispositifs flottants font passer la modularité à un niveau supérieur, en permettant d’optimiser les raidisseurs à base de treillis et les anneaux creux pour définir de« nouveaux matériaux ». Par conséquent, les rapports résistance / poids peuvent être ajustés pour devenir aussi élevés que l’aluminium ou aussi bas que certains plastiques. “
Tableau montrant l'amélioration de la résistance spécifique pour différentes conceptions d'appareils flottants
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