Elliptikus héjak átpattanását meghatározó kritikus paraméterek numerikus és kísérleti vizsgálata
A lágy, rugalmas anyagoknak számos mérnöki alkalmazása van kedvező mechanikai tulajdonságaik (energiaelnyelés és tárolás, tömeg, rugalmasság) miatt. Szintén melletük szóló érv, hogy ezen anyagok viszonylag alacsony előállítási költségekkel rendelkeznek, így tökéletes alapot képeznek komplex rendszerek tervezéséhez, amit gyakran lágy robotika néven emlegetnek az alkotóelemeik anyaga miatt [1].
Az ilyen rendszerek pontos viselkedésének leírása azonban összetett feladat, mivel nemlinearitások jelennek meg mind az anyagtulajdonságokat, geometriát és terhelésket illetően. A hiperelasztikus anyagmodellek segítségével leírható gumiszerű anyagokban rejlő tulajdonságokat felismerve és kihasználva a lágy robotokban található aktuátorok viselkedése tovább fejleszthető.
Dolgozatom célja elliptikus lágy héjak átpattanása közben megfigyelhető instabilitási jelenség vizsgálata, és az átpattanás jellemzésére használható kritikus paraméterek vizsgálata numerikus és kísérleti módszerekkel. Egy adott héj karakterisztikáját általánosan egy erő-elmozdulás kapcsolat feltárásával lehet megállapítani, amelynek egyik elterjedt módszere ha a héjat egy zárt rendszerben kényszerítjük az átpattanásra, miközben a rendszer térfogat-nyomás görbéjét figyeljük [1].
Dolgozatomban három metódussal vizsgáltam a héjak viselkedését. Először megfelelő végeselemes modellek kidolgozásával a különböző geometriai és terhelési esetek vizsgálatával egy általános képet kaptam a problémáról. A numerikus számítások az ún. kvázi-statikus (héj általános viselkedésének meghatározása) illetve dinamikus (komplexebb vizsgálat, a pontos karakterisztika meghatározásához) részegységekre bonthatók [2]. Ezt követően egyszerűsített analitikus modelleket dolgoztam ki a szimulációs modellekkel történő összehasonlításra és a legkritikusabb paraméterek kiemelésére. Az analitikus modellek a Zoelly által kidolgozott metódust követik [3]. Végezetül számításaim validálására méréseket is végeztem, amelyek szintén a kritikus paraméterek köré összpontosultak. A méréseket egy saját fejlesztésű mérőberendezés segítségével végeztem, amely lehetőséget biztosít különböző terhelési és szabályozási módszerek használtára.
[1] J. T. B. Overvelde, Tamara K., Jonas J. A. D'haen and Katia B.: Amplifying the response of soft actuators by harnessing snap-through instabilities, 2015.
[2] Zheng W., Panagiotis P., Ali A., Alexandre C.: Fluidic Control Board, Soft Robotics Toolkit at https://softroboticstoolkit.com/
[3] Zoelly R.: Ueber ein Knickungsproblem an der Kugelschale, 1915.
szerző
-
Piri Barnabás
Gépészeti modellezés mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
