Document
Finite element analysis of mechanical behavior of cellular structures
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2013
Language
English
Subject
English abstract
Cellular solids have been widely used in many applications due to their enhanced properties compared to metals, polymers and composites. Researchers have devoted their time and effort to study the various properties of cellular solids. This study focuses on determining the effective mechanical properties of cellular solids, namely the modulus of elasticity and the Poisson's ratio, and the way they are affected by a few parameters. These parameters include: relative density, aspect ratio of the structure, cellular shape, cross-section, and material of the cell walls. The shapes of cellular structure considered are: regular hexagon, equilateral triangle, and square cells. Two commercial software programs, MATLAB and ANSYS, are used for modeling and analysis. It is found that the finite element solution of the equilateral triangle and square cellular solids are in good agreement with the analytical solution, whereas the differences are up to 82% for regular hexagonal cellular solids. Cellular solids having a solid square cross-section are found to be much stiffer than the ones with a hollow square cross-section. No significant difference is found in mechanical properties of cellular solids having different cell wall materials; rather it is a strong function of relative density. Square cellular solids are the stiffest among the three cellular structures considered in this research.
Description
Thesis
Member of
Resource URL
Arabic abstract
تستعمل المواد الصلبة الخلوية علن نطاق واسع نظرا لخصائصها المتميزة و المحسنة مقارنة بخصائص المعادن و البولمیرات و المواد المركبة. كرس العديد من الباحثين أوقاتهم و جهودهم لدرسة الخصائص المتعددة للمواد الصلبة الخلوية. تركز هذه الدراسة على تحديد الخصائص الميكانيكية الفعالة للمواد الصلبة الخلوية، و هي كالآتي: معاير المرونة و نسبة بوسون، كما تحدد ايضا مدى تأثر هذا الخصائص بعدة عوامل تتضمن هذه العوامل: الكثافة النسبية ، و نسبة العرض الى الارتفاع للهيكل الخلوي، والشكل الخلوي، و المقطع العرضي و المادة المصنوع منها جدران الخلايا. الأشكال الخلوية التي تم أخذها بعين الأعتبار هي: سداسي متساوي الأضلاع و الزوايا، و مثلث متساوي الأضلاع و مربع. اثنان من البرامج التجارية تم استخدامهما لتحليل و محاكاة الهياكل الخليوية و هما: MATLAB و ANSYS. استنتج من الدراسة أن النتائج المستخرجة من طرق العناصر المحدودة تتطابق تماما مع النتائج النظرية بالنسبة للمواد الصلبة الخلوية المثلثة و المربعة الشكل، بينما وجد أن الأختلاف بين الطريقتين يصل إلى 82% في حالة المادة الصلبة الخلوية سدساية الشكل. وكذلك وجد ان صلابة المواد الصلبة الخلوية التي تمتلك مقطع عرضي مربع الشكل هي أكبر بكثير من صلابة المواد الصلبة الخلوية التي تمتلك مقطع عرضي على شكل مربع مفرغ. من جهة أخرى ، اختلاف المادة المصنعة منها جدران الخلايا ليس له تأثير جوهري على الخصائص الميكانيكية للمواد الصلبة الخلوية. كما وجد أيضا بأن هذه الخصائص ذات علاقة مباشرة بالكثافة النسبية للهيكل. تعتبر المواد الصلبة الخلوية مربعة الشكل هي الأكثر صلابة مقارنة بباقي الأشكال الخلوية المستخدمة في الدراسة.
Category
Theses and Dissertations