In-plane stiffness and strength of the snub square lattice
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2017-10-30
Department
Major/Subject
Lentotekniikka
Mcode
K3004
Degree programme
Konetekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
67 + 6
Series
Abstract
Lightweight materials are an important aspect of modern engineering, and the field is constantly expanding. Lattice materials are often used when designing lightweight structures, either on their own or as e.g. core materials in sandwich structures. Regular lattices are used extensively, and their properties have been studied thoroughly. Semi-regular lattices, on the other hand, have not been studied as much, and only the properties of the Kagome lattice are known. However, the mechanical properties of the semi-regular Kagome lattice are very good, which is a reason to study other semi-regular lattices. This thesis determines the in-plane stiffness and strength of the snub square lattice and compares them with previously known properties of other stretching-dominated lattices. The properties are calculated using analytical modelling, finite element simulations, and experimental tests. The results obtained through these methods are compared to verify their feasibility, and the analytical results are compared with the properties of other lattices. The results show that the applied methods are feasible. The finite element simulations and experimental tests also show that imperfections in the lattice result in a lower buckling strength, and that the lattice is very sensitive to imperfections near the critical relative density where the collapse mode changes from elastic buckling to yielding. When comparing the mechanical properties of the snub square lattice with those of other lattices, the snub square lattice has an inferior stiffness and yield strength, but a favorable buckling strength. The buckling strength is material specific, so the snub square lattice would be a feasible solution when stiffness is not important and the solid material has a high yield strain, thus resulting in a higher critical relative density. In addition, the positive results are seen as motivation to study further properties of the snub square lattice, as well as other semi-regular lattices.Lättviktsmaterial är en viktig del av ingenjörsvetenskapen, och området växer hela tiden. Gittermaterial används ofta när lättviktsmaterial konstrueras, antingen ensamma, eller som t.ex. mellanskikt i sandwichkonstruktioner. Regelbundna gitter används mycket, och deras egenskaper har undersökts noga. Halvregelbundna gitter, å andra sidan, har inte undersökts lika mycket, och endast Kagome-gittrets egenskaper är kända. Dock har Ka-gome-gittret goda mekaniska egenskaper, vilket är en orsak att undersöka andra halvre-gelbundna gitter. I den här avhandlingen undersöks styvheten och styrkan i planet hos 32.4.3.4-gittret, och resultaten jämförs med andra gitters tidigare kända egenskaper. Egenskaperna räknas analytiskt, med finita element-simulationer, och via experiment. Resultaten från de olika metoderna jämförs sinsemellan för att säkerställa deras duglighet, och de analytiska resultaten jämförs med andra gitters egenskaper. Resultaten visar att de tillämpade metoderna fungerar på önskat sätt. Experimenten och de finita element-simulationerna visar också att defekter i gittermaterialet resulterar i en lägre knäckkraft, och att gittermaterialet är mycket känsligt mot defekter nära den kritiska relativa densiteten. När de analytiska resultaten jämförs med andra gitters mekaniska egenskaper märks det att 32.4.3.4-gittret har en låg styvhet och brottgräns, medan knäckstyrkan är relativt hög. Knäckstyrkan beror på materialet, vilket betyder att 32.4.3.4-gittret skulle vara ett bra alternativ när styvhet inte är viktigt, och gittrets fasta material har en hög töjningsgräns, vilket leder till en högre kritisk relativ densitet. Detta positiva resultat ses också som en orsak att undersöka vidare egenskaper hos 32.4.3.4-gittret, samt andra halvregelbundna gitter.Description
Supervisor
St-Pierre, LucThesis advisor
St-Pierre, LucKeywords
lattice materials, mechanical properties, stiffness and strength, periodic cellular materials