Mehrdad Negahban, Li Tan, Jean Marc Saiter, Zhong Chen, Nicolas Delpouve, Zheng Li, Wenlong Li, College of Engineering [Beijing], Peking University [Beijing], University of Nebraska [Lincoln], University of Nebraska System, Sciences et Méthodes Séparatives (SMS), Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU), Groupe de physique des matériaux (GPM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU), Collaboration, University of Nebraska–Lincoln, Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), and Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Functional grading is used to push the load capacity of parts to within the upper bound of what is theoretically possible. Using interpenetrating polymer networks (IPNs), a material system used to achieve grading during printing, the possibility of producing realistic grading of acrylate/epoxy IPNs is studied with the goal of increasing load capacity to within the limit of what is possible, and substantially beyond the load capacity possible with any uniform mixture of this IPN system. In the process, an upper bound of possible improvement is established for a plate with a circular hole in tensions, and the grading for this plate is adjusted to give an optimal load capacity near this upper bound. The optimal grading proposed is different from that shown in previous work due to the simultaneous consideration of both the effect of grading on elastic moduli and on the ultimate stress. A similar study was done for an L-shaped bracket indicating similar improvements over uniform brackets. Keywords: Functionally graded material, Interpenetrating polymer networks, Load capacity, Finite element method, Optimization