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    Des expériences valident des modèles prédisant les modes de défaillance dans des structures légères miniaturisées

    Les résultats de compression in situ pour une structure d'octets à 10 pour cent montrent le tracé force en fonction du déplacement pour le même échantillon d'octets. A gauche, la surface de tomographie 3D à vide et à droite, après le début d'une déformation élastique.

    Les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont adapté des modèles théoriques pour prédire le comportement de défaillance de structures en treillis 3D miniaturisées et ont utilisé des techniques de caractérisation avancées pour démontrer que ces défaillances existent.

    Spécifiquement, les expériences ont montré une transition dans les modes de défaillance pour les structures en treillis dominées par l'étirement à de faibles densités relatives. Comprendre le mode de défaillance dominant est essentiel pour le déploiement de micro-fermes légères car il influence la capacité d'absorption d'énergie de la structure.

    Structures en treillis léger, comme des fermes, ont été utilisés pendant des siècles - pensez aux ponts à chevalets et à la Tour Eiffel comme exemples courants - en raison de leur faible densité et de leur résistance et rigidité spécifiques élevées. Avec la fabrication additive (impression 3D), ces types de structures peuvent être miniaturisés à des échelles de longueur considérablement plus petites. Cependant, les scientifiques ne savaient pas si les modèles, utilisé pour prédire le comportement de défaillance des structures légères à grande échelle, tiendrait aux échelles de plus petite longueur.

    Les chercheurs du LLNL Mark Messner (maintenant au Argonne National Laboratory) et Holly Carlton ont publié ces résultats dans le Journal of Mechanics and Physics of Solids et Acta Materialia , respectivement. Messner a utilisé un modèle de continuum équivalent nouvellement développé pour prédire le comportement de défaillance dans les structures en treillis. Cette méthode, appliqué aux topologies de cellules standard, prédit un compromis entre un mode de défaillance dominé par le rendement plus gracieux et un mode de défaillance dominé par le flambement catastrophique à une densité relative critique. Cependant, la densité relative critique prédite dans son modèle théorique dépend de plusieurs hypothèses de modélisation qui sont fortement influencées par le procédé de fabrication.

    À ce point, Carlton a mené des tests de compression quasi-statique couplés à une tomographie in situ à la source lumineuse avancée du Lawrence Berkeley National Laboratory. Ces expériences sur des structures imprimées en 3D miniaturisées ont capturé la déformation en temps réel dans les structures en treillis de cellules unitaires, montrant spécifiquement une transition en mode de rupture du flambement catastrophique à la plastification à faible densité relative (entre 10 et 20 % de la densité apparente), qui valide les prédictions du modèle de Messner.

    Ce sont les premières études où des modèles théoriques ont été utilisés pour prédire la défaillance dans des structures en treillis miniaturisées, puis testés expérimentalement pour évaluer si ces prédictions tiennent. Ces découvertes ont des implications sur la façon dont les scientifiques et les ingénieurs conçoivent et fabriquent des structures architecturées pour des applications futures.

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