scholarly journals Micro-Pins - the next step in composite to composite and metal to composite joining

2020 ◽  
Author(s):  
Νικόλαος Σαραντινός
Keyword(s):  
Finite Element Method ◽  
Finite Element ◽  
Additive Manufacturing ◽  
Sandwich Panel ◽  
Building Blocks ◽  
Element Method

Αυτή η διδακτορική έρευνα επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη ενός πιο αξιόπιστου συνδέσμου, μετάλλων με σύνθετα υλικά και σύνθετων υλικών προς σύνθετα, χρησιμοποιώντας την τεχνολογία Micro-Pinning. Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί μικρές δομές (pins) που διεισδύουν στο σύνθετο πολύστρωτο υλικό πριν από τον πολυμερισμό της μήτρας και δημιουργούν έναν υβριδικό μηχανικό-χημικό δεσμό μεταξύ των δομών. Η έρευνα που πραγματοποιήθηκε σε αυτή τη μελέτη ήταν κυρίως προσανατολισμένη σε μία κατεύθυνση περισσότερο τεχνική από ακαδημαϊκού χαρακτήρα, εστιάζοντας σε ένα συγκεκριμένο σενάριο βιομηχανικής εφαρμογής και όχι σε γενική έρευνα - σύμφωνα με τις απαιτήσεις του προγράμματος ESA / NPI που υπάγεται η παρούσα έρευνα. Σε αυτή τη μελέτη, η τεχνολογία του Micro-Pinning επικεντρώθηκε στην εφαρμογή της σε διαστημικές συνδετικές δομές. Η κύρια κατευθυντήρια γραμμή ήταν να βρεθεί μια εφαρμογή των Micro-Pins, χωρίς να απαιτούνται πολλές αλλαγές στην φιλοσοφία σχεδιασμού και στις διαδικασίες κατασκευής που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία. Σε επόμενο βήμα, εφαρμόστηκε μια μελέτη σκοπιμότητας για τον επανασχεδιασμό ενός συνδέσμου με Micro-Pins και την απόκλιση της σχεδιαστικής φιλοσοφίας από τις τρέχουσες κατασκευαστικές διαδικασίες, στην οποία συνδυάστηκαν και χρησιμοποιήθηκαν προηγμένα εργαλεία αριθμητικής βελτιστοποίησης, διαδικασίες Additive Manufacturing και πλήρης επανασχεδιασμός του αρχικού συνδέσμου για τη βέλτιστη εφαρμογή της τεχνολογίας Micro-Pinning από την αρχή. Για την επίτευξη των στόχων αυτής της έρευνας, σχεδιάστηκε ένα ερευνητικό σχέδιο σε τρεις φάσεις, το οποίο ακολούθησε την μέθοδο building blocks. Το σχέδιο άρχιζε από τη μικρο-κλίμακα σε επίπεδο σύνδεσης ενός Micro-Pins, συνεχιζόταν στη μεσο-κλίμακα με σύνδεσμο πολλαπλών Micro-Pins και ολοκληρώθηκε σε μακρο-κλίμακα με την πλήρη εφαρμογή της τεχνολογίας Micro-Pinning σε σύνδεση bracket-insert-sandwich panel. Σε κάθε φάση, τρεις υποδιαιρέσεις έρευνας πραγματοποιήθηκαν. Αρχικά, εκτελέστηκε μια αριθμητική μελέτη βελτιστοποίησης, η οποία ακολουθήθηκε από κατασκευή και πειραματική δοκιμή των βελτιστοποιημένων συνδέσμων, και τελειώσε με μια αριθμητική διαδικασία δοκιμής για την επικύρωση των αποτελεσμάτων και της ικανότητας πρόβλεψης της μηχανικής απόκρισης του συνδέσμου, χρησιμοποιώντας αριθμητικά μη γραμμικά εργαλεία Finite Element Method. Στα τελικά αποτελέσματα αυτής της μελέτης, αποδείχθηκε ότι η επανασχεδιασμός ενός συνδετικού στοιχείου και η προσαρμογή της τεχνολογίας Micro-Pinning μπορεί να επιφέρει σημαντικά μεγαλύτερη μηχανική απόκριση σε σύγκριση με τον σύνδεσμο αναφοράς με κόλλα. Ωστόσο, αποδείχθηκε ότι ακόμη και να διατηρηθεί η γεωμετρία του αρχικού συνδέσμου αναφοράς και να εφαρμοστεί η τεχνολογία Micro-Pinning, μπορεί να υπάρξει μια επίσης αύξηση της μηχανικής απόκρισης του συνδέσμου. Επιπλέον, η εφαρμογή σύγχρονων εργαλείων αριθμητικής βελτιστοποίησης και προηγμένων κατασκευαστικών τεχνολογιών (Additive Manufacturing), μπορεί να οδηγήσει στην περαιτέρω βελτιστοποίηση της μηχανικής απόκρισης με μία σημαντική μείωση μάζας του συνδέσμου.

Exploitation of Piezoelectric Micro-Devices as Building Blocks of Controllable Terahertz Complex Materials

2016 ◽  
Vol 856 ◽  
pp. 135-140
Author(s):  
Antonios Lalas ◽  
Nikolaos Kantartzis ◽  
Theodoros Tsiboukis
Keyword(s):  
Finite Element Method ◽  
Finite Element ◽  
Numerical Data ◽  
Building Blocks ◽  
Complex Medium ◽  
Complex Materials ◽  
Element Method

A reconfigurable THz complex medium, consisting of fundamental piezoelectric micro-devices, is introduced in this paper. By actuating the piezoelectric modules, a controllable metamaterial, presenting enhanced bandwidth tunability, is accomplished. Two diverse polarization topologies are examined, revealing the anisotropic performance of this material. The advantages of the proposed component are sufficiently clarified through several numerical data, derived by a robust finite element method (FEM).

scholarly journals Analytical Thermal Modeling of Metal Additive Manufacturing by Heat Sink Solution

Materials ◽  
2019 ◽  
Vol 12 (16) ◽  
pp. 2568 ◽  
Author(s):  
Jinqiang Ning ◽  
Daniel E. Sievers ◽  
Hamid Garmestani ◽  
Steven Y. Liang
Keyword(s):  
Heat Transfer ◽  
Finite Element Method ◽  
Boundary Condition ◽  
Finite Element ◽  
Additive Manufacturing ◽  
Computational Efficiency ◽  
Heat Sink ◽  
Thermal Gradients ◽  
Metal Additive ◽  
Element Method

Metal additive manufacturing can produce geometrically complex parts with effective cost. The high thermal gradients due to the repeatedly rapid heat and solidification cause defects in the produced parts, such as cracks, porosity, undesired residual stress, and part distortion. Different techniques were employed for temperature investigation. Experimental measurement and finite element method-based numerical models are limited by the restricted accessibility and expensive computational cost, respectively. The available physics-based analytical model has promising short computational efficiency without resorting to finite element method or any iteration-based simulations. However, the heat transfer boundary condition cannot be considered without the involvement of finite element method or iteration-based simulations, which significantly reduces the computational efficiency, and thus the usefulness of the developed model. This work presents an explicit and closed-form solution, namely heat sink solution, to consider the heat transfer boundary condition. The heat sink solution was developed from the moving point heat source solution based on heat transfer of convection and radiation. The part boundary is mathematically discretized into many heats sinks due to the non-uniform temperature distribution, which causes non-uniform heat loss. The temperature profiles, thermal gradients, and temperature-affected material properties are calculated and presented. Good agreements were observed upon validation against experimental molten pool measurements.

An equivalent model for sandwich panel with double-directional trapezoidal corrugated core

2019 ◽  
Vol 22 (7) ◽  
pp. 2445-2465
Author(s):  
Huimin Li ◽  
Lei Ge ◽  
Baosheng Liu ◽  
Haoran Su ◽  
Tianyi Feng ◽  
...  
Keyword(s):  
Finite Element Method ◽  
Finite Element ◽  
Elastic Modulus ◽  
Sandwich Panel ◽  
Equivalent Model ◽  
Geometrical Parameters ◽  
Detailed Model ◽  
Novel Structure ◽  
Homogeneous Method ◽  
Element Method

A novel sandwich panel with double-directional corrugated core is proposed in this paper. This complex-corrugated core makes the conventional detailed finite element analysis of large structures a tough work. Thus, an equivalent homogeneous method is proposed, the key of which is to obtain the equivalent property of this novel structure. The equivalent elastic modulus considering the effect of geometrical parameters is analytically derived and verified by finite element method. Besides, equivalent shear modulus and Poisson’s ratios are obtained by finite element method. Three-dimensional detailed and equivalent models are established for further validation of this equivalent homogeneous method. Results show that elastic modulus predicted by analytical formulas is in good agreement with that by finite element method no matter how geometrical parameters change. It has been proved that stretching deformation is dominating in thickness direction, and only corrugation along loading direction can bear the load. The proposed novel sandwich structure owns better mechanical property than the conventional one with single-corrugated core. The result by equivalent model agrees well with that by detailed model, which means that this equivalent homogeneous method can well predict the macroscopic property of this novel structure.

DETERMINATION OF DELAMINATION SIZE IN HONEYCOMB SANDWICH PANEL USING FINITE ELEMENT METHOD

2015 ◽  
Vol 75 (8) ◽  
Author(s):  
Ramzyzan Ramly ◽  
Wahyu Kuntjoro ◽  
Wirachman Wisnoe ◽  
Rizal Effendy Mohd Nasir ◽  
Aman Mohd Ihsan Mamat ◽  
...  
Keyword(s):  
Finite Element Method ◽  
Finite Element ◽  
Sandwich Panel ◽  
Bending Test ◽  
The Finite Element Method ◽  
Three Point Bending ◽  
Significant Difference ◽  
Honeycomb Sandwich ◽  
Element Method

This paper describes the determination of a relative delamination size of the skin to the honeycomb core of the honeycomb sandwich panel using the Finite Element Method approach. In the analysis, the honeycomb sandwich panel was modelled in the actual dimension using CATIA. The delamination of two different sizes (10 mm diameter and 30 mm diameter) were modelled to simulate the delamination cases. Using Nastran/Patran, the models underwent a three-point-bending test in order to simulate a result. The results were compared between the case of no delamination, 10 mm delamination, and 30 mm delamination. From the simulation, there was a significant difference of displacement of the skin (facing) between the 10 mm diameter delamination and the 30 mm diameter delamination.  

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document