Los resultados de la compresión in situ para una estructura de octetos del 10 por ciento muestran la fuerza frente a la gráfica de desplazamiento para la misma muestra de octetos. A la izquierda la superficie de tomografía 3D sin carga y a la derecha, después del inicio de una deformación elástica.
Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han adaptado modelos teóricos para predecir el comportamiento de falla de estructuras reticulares tridimensionales miniaturizadas y han utilizado técnicas de caracterización avanzadas para demostrar que existen estas fallas.
Específicamente, Los experimentos mostraron una transición en los modos de falla para estructuras de celosía dominadas por estiramiento a bajas densidades relativas. Comprender el modo de falla dominante es fundamental para el despliegue de micro-trusses ligeros, ya que influye en la capacidad de absorción de energía de la estructura.
Estructuras de celosía ligeras, como trusses, se han utilizado durante siglos (piense en los puentes de caballete y la Torre Eiffel como ejemplos comunes) debido a su baja densidad y alta resistencia y rigidez específicas. Con fabricación aditiva (impresión 3-D), estos tipos de estructuras se pueden miniaturizar a escalas de longitud considerablemente más pequeñas. Sin embargo, los científicos no estaban seguros de si los modelos, utilizado para predecir el comportamiento de falla de estructuras livianas a gran escala, aguantaría en las escalas de menor longitud.
Los investigadores de LLNL Mark Messner (ahora en el Laboratorio Nacional de Argonne) y Holly Carlton han publicado estos hallazgos en el Revista de Mecánica y Física de Sólidos y Acta Materialia , respectivamente. Messner utilizó un modelo continuo equivalente recientemente desarrollado para predecir el comportamiento de falla en estructuras de celosía. Este método, aplicado a topologías de celda estándar, predice una compensación entre un modo de falla más elegante dominado por el rendimiento y un modo de falla dominado por pandeo catastrófico en una densidad relativa crítica. Sin embargo, la densidad relativa crítica predicha en su modelo teórico depende de varios supuestos de modelado que están fuertemente influenciados por el proceso de fabricación.
En este punto, Carlton realizó pruebas de compresión cuasiestáticas junto con tomografía in situ en la fuente de luz avanzada del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. Estos experimentos en estructuras miniaturizadas impresas en 3D capturaron la deformación en tiempo real en estructuras de celosía de celdas unitarias, que muestra específicamente una transición en el modo de falla de pandeo catastrófico a ceder a una densidad relativa baja (entre el 10 y el 20 por ciento de la densidad aparente), que valida las predicciones del modelo de Messner.
Estos son los primeros estudios en los que se utilizaron modelos teóricos para predecir fallas en estructuras de celosía miniaturizadas y luego se probaron experimentalmente para evaluar si estas predicciones se mantienen. Estos hallazgos tienen implicaciones sobre cómo los científicos e ingenieros diseñan y fabrican estructuras arquitectónicas para aplicaciones futuras.
