Effects of geometrical imperfections on the mechanical properties of demi-regular lattice topologies

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Engineering | Master's thesis

Authors

Date

2025-05-21

Department

Major/Subject

Solid Mechanics

Mcode

Degree programme

Master's programme in Mechanical Engineering

Language

en

Pages

79

Series

Abstract

This thesis studied the effect of two geometrical imperfections on the mechanicalproperties of three demi-regular lattices denoted A, B and C. The aim of this thesiswas to find the most resistant novel topology that could also outperform some of theexisting lattice topologies, namely triangular and Kagome. The effect of imperfections on demi-regular lattices were first studied with FE simulations followed by compressive tests which aimed to verify the simulation results. The results indicated that all three demi-regular topologies provide superior resistance over the Kagome lattice in terms of elastic modulus 𝐸 and comparable resistance with respect to the triangular topology in the presence of nodal displacement. Of the three demi-regular lattices, topology B offers superior resistance over the other two topologies. Topology C is the most sensitive of the three demi-regular topologies in the presence of both imperfections. Topology A is more sensitive than topology B in the presence of missing cell walls but slightly more resistant to nodal displacement.

Tämä diplomityö tutki puolisäännöllisten hilamateriaalien herkkyyttä geometriselle virheille. Näitä kolmea hilamateriaalia nimitettiin työn aikana lyhyemmin kirjaimilla A, B ja C. Työn tavoitteena oli tutkia, pystyvätkö nämä kolme hilaa paremmin vastustamaaan geometristen virheiden vaikutusta verrattuna perinteisin ja paremmin tutktittuihin hiloihin kuten kolmiohilaan ja Kagome-hilaan. Työssä keskityttiin kahteen geometrisen virheen tyyppiin: poistettuihin soluseiniinn sekä poikkeutettuihin solmuihin. Työ suoritettiin käyttämällä elementtimenetelmää, joiden osoittamat tulokset myöhemmin pyrittiin varmistamaan puristuskokeilla. Tulosten mukaan kaikki hilat A, B ja C tarjoavat paremman kestokyvyn sekä poikkeutetuille solmuille että poistetuille soluseinille verrattuna Kagome-hilaan. Verrattuna kolmiohilaan, A ja B tarjoavat vertailukelpoista kestokykyä puristusmoduulille 𝐸 kun hilan solmuja on satunnaisesti poikkeutettu. Kolmesta hilasta A, B ja C, hila B tarjoaa keskimääräisesti parhaan kestokyvyn. Hila C on selkeästi kaikkein herkin geometrisille virheille. Hila A on puolestaan hieman herkempi kuin hila B poistettujen soluseinien tapauksessa, mutta tarjoaa paremman kestokyvyn poikketettujen solmukohtien tapauksessa. Tämä diplomityö osoittaa näiden kolmen uuden hilan tarjoamat lupaavat mahdollisuudet rakenteellisissa sovelluksissa.

Description

Supervisor

St-Pierre, Luc

Thesis advisor

St-Pierre, Luc

Keywords

compressive testing, demi-regular lattice, finite element method, geometrical imperfection, lattice material, topology

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202506094338

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG