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Multi-scale Optimisation for Additive Manufacturing of fatigue resistant shock-absorbing MetaMaterials

Descripción del proyecto

La optimización de diseños impresos en 3D para metamateriales a pequeña escala

El campo de los metamateriales abarca el diseño de piezas de ingeniería compuestas y complejas que puedan mostrar propiedades imposibles de encontrar en materiales de origen natural. La fabricación por adición está haciendo posible la creación de muchas más formas y patrones de metamaterial a escalas todavía más pequeñas. Es necesario disponer de métodos multiescala numéricos, experimentales y avanzados para aprovechar el potencial de la fabricación por adición y generar metamateriales tolerantes a los daños. El proyecto financiado con fondos europeos MOAMMM desarrollará un método basado en datos para propiedades estructurales y microestructurales que debería facilitar el diseño de amortiguadores impresos optimizados. Algunas de las aplicaciones planeadas son los amortiguadores sujetos a desgaste (como las suelas de zapatillas deportivas) o los que disipan el nivel máximo de energía durante los fallos (como los cascos para el uso de bicicletas).

Objetivo

The emergence of metamaterials has opened a new paradigm in designing engineering parts in which the design of full structural parts can be optimised together with the metamaterial they are locally composed of. Moreover, additional morphing at local and global scales may support their adaptation to variable loading conditions and shifted user needs. As polymeric materials can fulfill simultaneously structural mechanical and functional requirements, the combination of this design paradigm with additive manufacturing can support/generate novel applications. However, many challenges are left in order for this change of paradigm to become a reality:
• To improve metamaterial design and fabrication technique to produce damage tolerant metamaterials
• Robust and efficient concurrent multiscale techniques should be developed as part of a multiscale optimisation problem.
• Because micro-structure and material properties suffer from uncertainties affecting structural responses, techniques for uncertainty quantification should be developed for this multiscale design problem.
These challenges can only be addressed by considering experimental and numerical multi-scale methods. However, current existing approaches are limited in several aspects because on the one hand of the difficulty in representing the micro-structure and characterising micro-scale constituent materials, and on the other hand in the computational cost inherent to these approaches. The overall objective of this project is to develop a data-driven methodology relying on a structural properties-micro-structure linkage and able to design optimised shock-absorption devices based on bi-stable metamaterials and printable using additive manufacturing. Targeted applications are user-optimised shock absorber devices which either potentially suffer from fatigue such as in the case of sport shoe soles or which should dissipate the maximum energy during their failure such as in the bicycle helmets.

Convocatoria de propuestas

H2020-FETOPEN-2018-2020

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Convocatoria de subcontratación

H2020-FETOPEN-2018-2019-2020-01

Régimen de financiación

RIA - Research and Innovation action

Coordinador

UNIVERSITE DE LIEGE
Aportación neta de la UEn
€ 994 000,00
Dirección
PLACE DU 20 AOUT 7
4000 Liege
Bélgica

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Región
Région wallonne Prov. Liège Arr. Liège
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 994 000,00

Participantes (4)