19 mars 2019 | Par Thomas

Une équipe de chercheurs de l’Université technique du Danemark (DTU) et de l’Université de technologie de Delft (TU Delft) a développé une nouvelle méthode pour générer un remplissage orthotrope adapté aux contraintes pour l’impression 3D.

L’optimisation de la topologie est reconnue comme une méthode de conception importante pour exploiter la flexibilité de fabrication offerte par l’impression 3D. Il optimise la distribution d’une quantité limitée de matériau dans un espace de conception prescrit, afin d’obtenir des performances structurelles optimales.

Auparavant, les chercheurs avaient développé une nouvelle méthode pour concevoir structure en forme d’os, et même optimiser la structure et le remplissage simultanément. le structures optimisées avec remplissage poreux ont démontré des performances structurelles remarquables, en termes de rigidité et de flambement.

Dans leurs derniers travaux, les chercheurs ont considérablement amélioré les performances de calcul, rapprochant ainsi la méthode d’une utilisation généralisée dans l’industrie de l’impression 3D. Plutôt que d’effectuer une analyse par éléments finis et une optimisation numérique sur les détails structurels fins, ce qui nécessite beaucoup de calculs, les chercheurs proposent d’intégrer les détails géométriques fins dans une analyse à grande échelle via une homogénéisation numérique, puis d’optimiser la structure à l’échelle grossière et enfin d’optimiser le projet. résulte de l’échelle grossière sur l’échelle fine. Cela réduit le coût de calcul d’au moins un ordre de grandeur.

La méthode développée aligne les motifs de remplissage orthotropes avec les principales directions de contrainte. Une réduction du coût de calcul d’au moins un ordre de grandeur est obtenue par rapport à l’optimisation basée sur la densité de la coque et du remplissage. Cette approche entraîne également une amélioration de la rigidité de 31 % (ou une réduction de poids similaire) lors de l’abandon du remplissage isotrope conventionnel en faveur d’un remplissage adapté aux contraintes orthotropes.

Un remplissage isotrope signifie que les propriétés matérielles du remplissage sont les mêmes dans différentes directions, par exemple des motifs triangulaires.
Le remplissage orthotrope a des propriétés matérielles qui diffèrent le long de directions mutuellement orthogonales, par exemple des motifs rectangulaires.

Ce travail est maintenant publié dans Computer Methods in Mécanique appliquée et ingénierie.

Titre:

Optimisation de la rigidité basée sur l’homogénéisation et projection de structures revêtues 2D avec remplissage orthotrope

Auteurs:

Jeroen P. Groen, Jun Wu, Ole Sigmund

Résumé:

Cet article concerne la minimisation de la conformité et la projection de structures revêtues avec un matériau de remplissage orthotrope en 2D. Le but du travail est double. Tout d’abord, nous introduisons une approche efficace basée sur l’homogénéisation pour effectuer l’optimisation de la topologie des structures revêtues avec un matériau de remplissage orthotrope. L’espace de conception est détendu pour permettre une description de matériau composite, ce qui signifie que des conceptions avec des microstructures complexes peuvent être obtenues sur des maillages relativement grossiers. Deuxièmement, une méthode est présentée pour projeter les conceptions basées sur l’homogénéisation à une échelle fine mais réalisable. Une nouvelle méthode pour affiner de manière adaptative la structure en treillis est présentée pour permettre un espacement régulier du remplissage. Les expériences numériques montrent un excellent comportement des conceptions projetées, avec des performances structurelles presque identiques aux conceptions basées sur l’homogénéisation. En outre, une réduction du coût de calcul d’au moins un ordre de grandeur est obtenue, par rapport à une approche connexe dans laquelle le remplissage est optimisé à l’aide d’une approche basée sur la densité.

Publié dans Technologie d’impression 3D

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