تحلیل خواص مکانیکی مواد متخلخل الهام گرفته شده از طبیعت به کمک روش های عددی و اطلاعات تجربی

تخلخل ویژگی متمایز اغلب مواد موجود در طبیعت است. استخوان و چوب نمونه های بارزی از مواد متخلخل طبیعی هستند که در عین سبکی استحکام مناسبی دارند. از طرفی وزن همواره یکی از چالش های طراحی بوده و هست، اما با توجه به این که ساختارهای متخلخل موجود در طبیعت نتیجه میلیون ها سال تکامل هستند، می توان با الهام از طبیعت راهکاری مناسب برای این چالش مهندسی یافت. با توجه به نیاز های صنعتی قرن بیست و یکم، لازم است در کنار مواد سنتی از مواد متخلخل به دلیل دارا بودن خواص مکانیکی شگفت آوری مانند نسبت استحکام به وزن بالا، استفاده شود. لازمه بهبود خواص مکانیکی ساختارهای مصنوعی و استفاده کارا از مواد متخلخل شناخت رفتار مکانیکی این مواد است. فوم های فلزی و داربست های زیستی نمونه هایی از مواد متخلخل مصنوعی هستند. در این پژوهش پاسخ مکانیکی صفحات ساندویچی با هسته فومی تحت بارگذاری شبه استاتیکی فشاری مطالعه شده است. با توجه به الگو های واماندگی فوم، نسل جدیدی از فوم ها که توسط الیاف بلند فلزی تقویت شده اند معرفی خواهند شد و پاسخ مکانیکی این فوم های مرکب نوین با نمونه های ساده مقایسه خواهد شد. به علاوه سعی شده است با استفاده از برنامه نویسی و پردازش تصویر مدل عددی مناسبی از رفتار مکانیکی یک فوم سلول بسته آلومینیومی ارائه شود. با تکیه بر مشاهده دقیق ریزساختار فوم و اطلاعات هندسی حاصل از پردازش تصویر مدل عددی بهبود یافته ای از فوم سلول بسته آلومینیمی ارائه شده است و تأثیر چگالی نسبی فوم بر خواص مکانیکی و همچنین الگو تخریب فوم در ابعاد ریز و ماکرو بررسی شده است. نتایج حاکی از این بود که مدل حاصل از مونتاژ هندسه های متنوع در یک ساختار و توزیع تصادفی چگالی بر روی مدل، بهترین نمونه برای شبیه سازی رفتار مکانیکی فوم تحت بارگذاری فشاری است. همچنین برای بررسی تأثیر هندسه ریزساختار مواد طبیعی(مثل استخوان) بر خواص مکانیکی آنها، توزیع کرنش الاستیک در ساختار استخوان ران انسان با کمک روش جدید ابداع شده برای شبیه سازی دو بعدی هندسه های پیچیده شبیه سازی شده و نواحی بحرانی استخوان تحت بارگذاری تعیین خواهند شد. در پایان پس از معرفی مدل سازی نمونه های مختلف داربست های زیستی، تأثیر هندسه بر رفتار مکانیکی دو مدل از داربست های زیستی با سطح کمینه در کسر حجمی 30 و 60 درصد تحت بارگذاری فشاری به روش تجربی و عددی بررسی خواهد شد.