Parametrisierung und Analyse von Gitterstrukturzellen

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist es, Gitterstrukturen zu erstellen, in denen die mechanischen Eigenschaften gezielt und lokal angepasst werden können. Die Gitterstruktur wird aus sich wiederholenden Einheitszellen aufgebaut,die aus Splines zusammengesetzt sind. Um die mechanischen Eigenschaften der Gitterstruktur lokal anzupassen, wird die Geometrie der Einheitszelle verändert. Es werden dazu Parameter definiert,die eine Formbarkeit der Geometrie ermöglichen, indem sie Einfluss auf die Form der Splines nehmen. Im Zuge dieser Arbeit werden verschiedene Einheitszellen erstellt.Nach der Erstellung der Einheitszelle erfolgt die Untersuchung ihre mechanischen Eigenschaften. Zur Bestimmung dieser Eigenschaften wird eine Finite-Elemente-Simulation durchgeführt, in der die Einheitszellen unter Dehnung untersucht werden. Die Randbedingungen sind so gestaltet, dass sie eine Verformung der Einheitszelle im Verbund der gesamten Gitterstruktur simulieren. Mit diesen Simulationen werden Parameterstudien durchgeführt, um den Einfluss der geometrischen Anpassungen auf Steifigkeit und Verformungsverhalten zu quantifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die mechanischen Eigenschaften der Gitterstruktur gezielt steuern lassen, sodass Strukturen mit gewünschten mechanischen Eigenschaften aufgebaut werden können.

The research objective is to create lattice structures in which the mechanical properties can be specifically and locally modified. The lattice structure is constructed from repeating unit cells composed of splines.In order to locally adjust the mechanical properties of the lattice structure, the geometry of the unit cell is adjusted. To this end, parameters are defined that enable the geometry to be shaped by influencing the form of the splines. In the course of this work, various unit cells are created.Once the unit cell has been created, its mechanical properties are assessed. To determine these properties,a finite element simulation is performed in which the unit cells are analyzed under stress. The boundary conditions are designed to simulate deformation of the unit cell in the composite of the entire lattice structure. These simulations are used to perform parameter studies to quantify the influence of geometric adjustments on stiffness and deformation behavior. The results show that the mechanical properties of the lattice structure can be specifically controlled in such a way that structures with desired mechanical properties can be constructed.