20.500.12556/DKUM-88941 Behaviour of cellular metamaterials under impact loading conditions doctoral disertation Obnašanje celičnih metamaterialov v udarnih pogojih obremenjevanja This doctoral thesis investigates cell-size-graded metallic and non-metallic Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) structures' behavior under varying loading rates. Using experimental tests, analytical calculations, and advanced computer simulations, the research explores the interplay between material properties, cell size grading, and deformation mechanisms under different strain rates. The study focuses on enhancing the Direct Impact Hopkinson Bar (DIHB) setup for accurate force and displacement measurements and pioneering a method for quantifying inertial forces, critical at high strain rates. Key findings show that cell-size grading significantly affects deformation patterns, with initial deformation occurring in regions with smaller and lower stiffness cells across different loading rates and TPMS geometries. The research also highlights topology's influence on mechanical response, with photopolymer-based diamond structures showing superior energy absorption and gas-atomized steel structures favoring gyroid configurations. This underscores the importance of considering both topology and base material selection during TPMS design. The study demonstrates the increasing prominence of inertial forces as deformation rates rise, impacting structural response and failure likelihood in TPMS structures. These insights inform the design of optimized cellular metamaterials for high-performance applications requiring superior energy absorption and structural integrity under high loading rates. The research advances material characterization techniques and computational modelling capabilities, contributing to the development of next-generation cellular metamaterials for broader engineering applications. Ta doktorska disertacija raziskuje obnašanje kovinskih in nekovinskih struktur s trojno periodično minimalno površino (TPMS) pri različnih hitrostih obremenitve z uporabo eksperimentalnih preizkusov, analitičnih izračunov in naprednih računalniških simulacij. Analiziran je medsebojni vpliv med lastnostmi materialov, gradirano velikostjo celic in mehanizmi deformacije pri različnih hitrostih deformacije. Prav tako se raziskava osredotoča na izboljšanje nastavitve Hopkinsonovega preizkuševališča z neposrednim udarcem (DIHB) za natančne meritve sile in deformacij ter razvoj pionirske metode za vrednotenje vztrajnostnih sil, pomembnih pri visokih hitrostih deformacije. Ključne ugotovitve kažejo, da gradiranje velikosti celic pomembno vpliva na deformacijske vzorce, pri čemer se začetna deformacija pojavi v regijah z manjšimi in manj togimi celicami pri različnih hitrostih obremenjevanja in geometrijah TPMS. Raziskava prav tako opredeljuje vpliv topologije na mehanski odziv, pri čemer fotopolimerne diamantne in kovinske giroidne strukture izkazujejo največjo sposobnost absorpcije mehanske energije. Kar potrjuje pomembnost upoštevanja topologije in izbire osnovnega materiala pri načrtovanju TPMS. Raziskava dokazuje pomen vztrajnostnih sil pri naraščanju histrosti deformiranja, kar vpliva na mehanskih odziv in verjetnost odpovedi v strukturah TPMS. Ta spoznanja so osnova za načrtovanje optimiziranih celičnih metamaterialov za visoko zmogljive inženirske aplikacije, ki zahtevajo vrhunsko absorpcijo energije in strukturno celovitost pri visokih hitrostih obremenjevanja. Raziskava prav tako nadgrajuje tehnike karakterizacije materialov in zmogljivosti računalniškega modeliranja ter prispeva k razvoju naslednje generacije celičnih metamaterialov za inženirske aplikacije. Triply Periodic Minimal Surfaces TPMS Cell-size-grading Impact High-strainrate Digital Image Correlation Trikratno periodične minimalne površine TPMS Gradiranje velikosti celic Udarne obremenitve Visoke hitrosti deformiranja Digitalna korelacija slik true true false [Y. E. Yilmaz] Slovenski jezik Angleški jezik Doktorsko delo/naloga 2024-05-30 16:04:10 2024-10-17 09:49:14 2024-10-23 03:28:41 0000-00-00 00:00:00 2024 0 Maribor 0 Maribor VI, 203 str., XIX 0000-00-00 NiDoloceno NiDoloceno NiDoloceno 0000-00-00 0000-00-00 0000-00-00 620.178.7:539.216/.218(043.3) 212550403 DOK_Yilmaz_Yunus_Emre_2024.pdf DOK_Yilmaz_Yunus_Emre_2024.pdf 1 A65D8F70822CE6D408BECDE80CEF990F 9136328a3388b5e1e6fdfe22c0c7c589575eef6a5cad4bbf8061243eb2faceb7 86095029-8bb6-11ef-a0d7-00155d000105 https://dk.um.si/Dokument.php?lang=slv&id=186535 Fakulteta za strojništvo 0 0 0