Грабар, І. Г. та Кульман, С. М. та Ксюковський, О. В. та Дубовик, Д. А. (2025) КОНСТРУЮВАННЯ, 3D-ДРУК ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПЕРКОЛЯЦІЙНО-ФРАКТАЛЬНИХ КОМПОЗИТНИХ КОНСТРУКЦІЙНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. Вісник Національного університету водного господарства та природокористування (1(109)). с. 438-452.

Text Vt4202537.pdf Download(1MB)

Анотація

У статті представлено результати досліджень фрактально стільникових композитних конструкційних елементів, виготовлених методом 3D-друку. Дослідження спрямовані на оцінку механічних характеристик матеріалу залежно від рівня заповнення внутрішньої структури (Q = 10%, 30%, 50%, 100%). Розроблено методику розрахунку та виготовлення зразків, що дає змогу адаптувати їхні механічні властивості відповідно до заданих експлуатаційних умов. Проведено серію експериментальних випробувань на стиск, які продемонстрували значні зміни маси, густини, міцності та несучої здатності зразків у залежності від рівня заповнення. Результати випробувань показали, що відносна несуча здатність зразків зростає зі збільшенням щільності заповнення, досягаючи максимального значення при Q = 100%, тоді як при нижчих рівнях заповнення спостерігається суттєве зниження характеристик міцності. Аналіз отриманих даних підтверджує доцільність використання композитних матеріалів із фрактальною структурою для створення адаптивних елементів у різних сферах техніки та медицини. Зокрема, перспективним напрямком є їхнє застосування у виробництві ортопедичних імплантатів і протезів, дронів, БПЛА літакового та коптерного типу. Це відкриває нові можливості для розробки легких, міцних і біосумісних конструкцій, що поєднують високі механічні характеристики з оптимізованою аеродинамікою.

Title in English

DESIGN, 3D PRINTING AND EXPERIMENTAL RESEARCH OF PERCOLATION-FRACTAL COMPOSITE STRUCTURAL ELEMENTS

English abstract

The article presents the results of research on fractal honeycomb composite structural elements manufactured by 3D printing. The research is aimed at assessing the mechanical characteristics of the material depending on the level of filling of the internal structure (Q = 10%, 30%, 50%, 100%). A method for calculating and manufacturing samples has been developed, which allows adapting their mechanical properties in accordance with the specified operating conditions. A series of experimental compression tests were conducted, which demonstrated significant changes in the mass, density, strength and load-bearing capacity of the samples depending on the filling level. The test results showed that the relative load-bearing capacity of the samples increases with increasing filling density, reaching a maximum value at Q = 100%, while at lower filling levels a significant decrease in strength characteristics is observed. Analysis of the obtained data confirms the feasibility of using composite materials with a fractal structure to create adaptive elements in various fields of engineering and medicine. In particular, a promising direction is their application in the production of orthopedic implants and prostheses, drones, aircraft and copter-type UAVs. This opens up new opportunities for the development of lightweight, durable and biocompatible structures that combine high mechanical characteristics with optimized aerodynamics.

Перегляд елементу

Завантажень