Казанские ученые оцифровали поведение жидкости внутри 3D-печатных конструкций

Ученые Казанского федерального университета (КФУ) в сотрудничестве с коллегами из КНИТУ-КАИ провели исследование влияния жидкости, заключенной в замкнутых порах, на механическое поведение 3D-печатных конструкций. Используя метод 4D-рентгеновской компьютерной томографии in situ, они в режиме реального времени проследили за структурной эволюцией пористых элементарных ячеек при одноосном сжатии. Эксперимент показал, что наличие воды в макропорах меняет характер деформации. Гидростатическое давление несжимаемой жидкости стабилизирует структуру, предотвращая схлопывание межслойных пустот и замедляя разрушение материала.

Технологии аддитивного производства (3D-печать) позволяют создавать детали практически любой геометрии. Однако внутренняя структура таких объектов остается гетерогенной. В ней присутствуют поры, пустоты и межслойные зазоры. С одной стороны, поры снижают прочность, с другой — позволяют уменьшить вес конструкции, сохранив ее несущую способность.

В качестве модельной системы исследователи выбрали кубическую элементарную ячейку с длиной ребра 20 мм, внутри которой была создана закрытая эллипсоидная полость — макропора. Всего было изготовлено 7 типов ячеек, различавшихся только углом наклона этой поры относительно оси сжатия — от 0 до 90 градусов. Половина образцов содержала внутри поры воздух, другая половина — воду с добавлением небольшого количества йода для контрастности при рентгеновском сканировании.

«Данная структура является наиболее удобной и предсказуемой в плане проведения численных расчетов. Кроме того, кубическая форма идеально подходит для сборки последующих больших моделей, состоящих из множества таких пористых ячеек. Подобная геометрическая стандартизация существенно упрощает анализ и позволяет легко экстраполировать результаты испытаний одиночной ячейки на масштабные периодические решетки, которые применяются в реальных конструкциях», — объяснил один из авторов исследования, научный сотрудник лаборатории механики оболочек Института математики и механики (ИМиМ) КФУ Никита Харин.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации