Resonance and damping behavior of lattice structures produced by Selective Laser Melting

V reakcii na rastúci trend aditívnej výroby odľahčených a štruktúrovaných súčastí z kovu, sa táto diplomová práca venuje rezonančným a útlmovým charakteristikám mikro-prútových štruktúr vyrobených technológiou Selective Laser Melting (SLM). Mikro-prútové štruktúry už preukázali rôzne možnosti optimalizácie dielov, preto bolo možné predpokladať podobnú príležitosť aj pri úprave vlastných frekvencií a útlmu vibrácií. Za účelom určovania týchto charakteristík boli použité rôzne varianty zjednodušených prútových a referenčných objemových konečno-prvkových výpočtov. Tieto dáta boli overené experimentálne, impulznou modálnou analýzou. Sekundárne experimenty vzájomne zjednotili materiálové a mechanické charakteristiky skutočných a simulovaných vzoriek. Vyšetrované bolo správanie rezonancie a útlmu troch typov štruktúr pri rôznych kombináciách ich základných parametrov. Výsledky týmto dokazujú, či už numericky, alebo experimentálne, zmenu vlastných frekvencií a pomerného útlmu po úprave priemeru prútov, veľkosti základnej bunky alebo geometrického usporiadania prútov. Práca tiež prezentuje úspešný spôsob optimalizácie prútového výpočtového modelu tak, aby bola zaručená jeho presnosť na širokom rozsahu testovaných vzoriek. Novonadobudnuté vedomosti teda vytvárajú ucelený prehľad o možnostiach optimalizácie mikro-prútových štruktúr za účelom cieleného návrhu odľahčených dielov s požadovanou vlastnou frekvenciou a útlmom.In reaction to the uptrend of additive manufacturing of lightweight structured metallic parts, this diploma thesis is focused on the resonant and damping behavior of micro-truss lattices produced by Selective Laser Melting (SLM) technology. Micro-truss structures already found usage in various types of optimizations. Therefore, the optimization of resonance or damping could be also assumed as possible. For this purpose, several finite element analysis approaches were used, including the referent solid element model and simplified beam models. Obtained results were verified experimentally via pulse modal analysis. Material and mechanical properties of samples for FEA results and experimental results comparison were unified through secondary experiments. The main goal of this research was to explore the behavior of resonance and damping of structures when their elementary parameters are changed. The results from both, numerical and experimental approaches confirm that the eigenfrequency and the damping ratio of the structure can be affected by the change in the truss diameter, cell size, or type of structure. The work also presents the successful methods for simplified beam model optimization, which guarantees its high precision in the wide field of tested samples. This newly obtained knowledge creates a comprehensive overview of micro-truss structures, which can be used for the conscious design of ultra-light parts with the required eigenfrequency and damping ratio.