Particle dampers represent a simple yet effective means to reduce unwanted oscillations when attached to structural components. Powder bed fusion additive manufacturing of metals allows to integrate particle inclusions of arbitrary shape, size and spatial distribution directly into bulk material, giving rise to novel metamaterials with controllable dissipation without the need for additional external damping devices. At present, however, it is not well understood how the degree of dissipation is influenced by the properties of the enclosed powder packing. In the present work, a two-way coupled discrete element - finite element model is proposed allowing for the first time to consistently describe the interaction between oscillating deformable structures and enclosed powder packings. As fundamental test case, the free oscillations of a hollow cantilever beam filled with various powder packings differing in packing density, particle size, and surface properties are considered to systematically study these factors of influence. Critically, it is found that the damping characteristics strongly depend on the packing density of the enclosed powder and that an optimal packing density exists at which the dissipation is maximized. Moreover, it is found that the influence of (absolute) particle size on dissipation is rather small. First-order analytical models for different deformation modes of such powder cavities are derived to shed light on this observation.


翻译:金属粉床聚变添加剂的制造能够将任意形状、大小和空间分布的粒子直接结合成散装材料,从而产生可控制散散散的新型元材料,而不需要额外的外部阻隔装置。但是,目前还不清楚的是,封闭的粉末包装的特性如何影响消散的程度。在目前的工作中,双向结合的离散元素――提议了限定元素模型,首次可以一致地描述振动可变形结构与封闭的粉末包装之间的相互作用。作为基本试验案例,一个空心罐头的自由振动作用充斥着在包装密度、颗粒大小和表面特性上不同的各种粉末包装。目前,人们并不十分清楚的是,人们认为这些散散落特性如何受到封闭的粉末包装特性的影响。在目前的工作中,一种双向结合的离散分解元素――提议了一种有限的元素模型,首次允许一致地描述振荡可变形结构与封闭的粉末包装包装包装包装包装体之间的相互作用。作为基本试验案例,发现一个空心质的粉状模型对粉状的粉状的粉状进行了不同的分析。

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