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FE-Basierte Bestimmung effektiver elastischer Konstanten für strukturgefüllte, im Atomic Diffusion Additive Manufacturing Prozess hergestellte Bauteile

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Veigl, Bianca:
FE-Basierte Bestimmung effektiver elastischer Konstanten für strukturgefüllte, im Atomic Diffusion Additive Manufacturing Prozess hergestellte Bauteile.
Bayreuth , 2021
(Master's, 2021, Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CAD)

Abstract in another language

In dieser Arbeit erfolgt ein Vergleich zwischen der modellbasierten und der experimentellen Bestimmung von mechanischen Konstanten additiv gefertigter Bauteile. Diese sind sowohl voll- als auch strukturgefüllt und werden mit dem extrusionsbasierten additiven Fertigungsverfahren von Markforged hergestellt. Der numerische Ansatz mittels Finite-Elemente Methode wird zur Vorhersage der effektiv, elastischen Konstanten herangezogen, wobei das Programm Abaqus/CAE Verwendung findet. In Verbindung damit werden anhand der Einheitszelle und eines repräsentativen Volumenelements die effektiven Materialkonstanten ermittelt und durch Hinzuziehen der Homogenisierungsmethode auf einen Zugstab angewendet. Die experimentellen Ergebnisse aus dem uniaxialen Zugversuch sowie der Resonanz-Ultraschallspektroskopie werden einem Vergleich unterzogen. Es erfolgt eine Gegenüberstellung der numerischen und experimentellen Ergebnisse. Abweichungen zwischen Simulationen mit den vollgefüllten, strukturgefüllten und homogenisierten Modellen sowie den Experimenten sollen aufgezeigt werden.
Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen den Einfluss des additiven Fertigungsverfahrens auf das resultierende Bauteil. Der Schichtaufbau ist zunächst visuell an den Proben erkennbar und die Unterschiede aus dem Vergleich der Ergebnisse des uniaxialen Zugversuchs mit den numerischen Modellen des Zugstabs verdeutlichen den Einfluss des Fertigungsverfahrens. Die Reduzierung der Simulation auf eine Einheitszelle ist in dieser Arbeit nicht ausreichend, weshalb ein strukturgefülltes repräsentatives Volumenelement Verwendung findet. Hiermit können die effektiven Materialkonstanten numerisch ermittelt und auf ein homogenisiertes Ersatzmodell des Bauteils angewendet werden, wobei sich dieser Ansatz lediglich bei den liegend additiv gefertigten Bauteilen als passend erweist. Durch die Resonanz-Ultraschallspektroskopie können die Materialkennwerte des repräsentativen Volumenelemente nur teilweise ermittelt werden, wodurch ein weiterer Forschungsbedarf in diesem Themengebiet aufgezeigt wird. Im Zuge des Vergleichs zeigt sich durch die unterschiedlichen Belastungsrichtungen ebenfalls der Einfluss der Form und Geometrie der Einheitszelle auf die effektiven Materialkonstanten.

Further data

Item Type: Master's, Magister, Diploma, or Admission thesis (Master's)
Institutions of the University: Faculties > Faculty of Engineering Science > Former Professors > Chair Engineering Design and CAD - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Frank Rieg
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Engineering Design and CAD > Chair Engineering Design and CAD - Univ.-Prof. Dr.-Ing Stephan Tremmel
Result of work at the UBT: Yes
DDC Subjects: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering
Date Deposited: 11 Feb 2022 06:54
Last Modified: 11 Feb 2022 09:40
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/68656