Os resultados da compressão in situ para uma estrutura de octeto de 10 por cento mostram o gráfico de força versus deslocamento para a mesma amostra de octeto. À esquerda, a superfície de tomografia 3D sem carga e à direita, após o início de uma deformação elástica.
Os pesquisadores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) adaptaram modelos teóricos para prever o comportamento de falha de estruturas treliçadas miniaturizadas 3-D e usaram técnicas de caracterização avançadas para demonstrar que essas falhas existem.
Especificamente, experimentos mostraram uma transição nos modos de falha para estruturas reticuladas dominadas por estiramento em baixas densidades relativas. Compreender o modo de falha dominante é fundamental para a implantação de micro-treliças leves, pois influencia a capacidade de absorção de energia da estrutura.
Estruturas de rede leves, como treliças, têm sido usados há séculos - pense nas pontes sobre cavaletes e na Torre Eiffel como exemplos comuns - devido à sua baixa densidade e alta resistência e rigidez específicas. Com manufatura aditiva (impressão 3-D), esses tipos de estruturas podem ser miniaturizados para escalas de comprimento consideravelmente menores. Contudo, os cientistas não tinham certeza se os modelos, usado para prever o comportamento de falha de estruturas leves de grande escala, suportaria nas escalas de menor comprimento.
Os pesquisadores do LLNL Mark Messner (agora no Argonne National Laboratory) e Holly Carlton publicaram essas descobertas no Jornal de Mecânica e Física dos Sólidos e Acta Materialia , respectivamente. Messner usou um modelo contínuo equivalente recentemente desenvolvido para prever o comportamento de falha em estruturas de treliça. Este método, aplicado a topologias de células padrão, prevê uma compensação entre um modo de falha dominado por rendimento mais elegante e um modo de falha dominado por flambagem catastrófica em uma densidade relativa crítica. Contudo, a densidade relativa crítica prevista em seu modelo teórico depende de várias suposições de modelagem que são fortemente influenciadas pelo processo de manufatura.
Neste ponto, Carlton conduziu testes de compressão quase estática juntamente com tomografia in situ na fonte de luz avançada do Lawrence Berkeley National Laboratory. Esses experimentos em estruturas impressas em 3D miniaturizadas capturaram deformação em tempo real em estruturas de rede de células unitárias, mostrando especificamente uma transição no modo de falha de flambagem catastrófica para ceder em uma densidade relativa baixa (entre 10-20 por cento da densidade aparente), que valida as previsões do modelo de Messner.
Estes são os primeiros estudos em que modelos teóricos foram usados para prever falhas em estruturas reticuladas miniaturizadas e depois testados experimentalmente para avaliar se essas previsões se mantinham. Essas descobertas têm implicações em como os cientistas e engenheiros projetam e fabricam estruturas arquitetadas para aplicações futuras.
