Numeryczne modelowanie procesu odkształcania ściskanego/rozciąganego spieku porowatego stali 316L na podstawie obrazów mikrotomograficznych

• Autorzy: Doroszko M. , Seweryn A.

Warianty tytułu

EN

Finite element analysis of the compression/tension of porous sinters 316L steel based on micro-computed tomography

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy zaprezentowano sposób numerycznego modelowania procesu odkształcania spieku porowatego stali 316L. Próbkę wykonaną metodą metalurgii proszków przebadano mikrotomografem komputerowym, uzyskując równooddalone przekroje opisujące kształt i rozkład porów w materiale. Otrzymane obrazy tomograficzne wykorzystano do wygenerowania powierzchniowej, a następnie bryłowej siatki elementów skończonych. W wyniku obliczeń za pomocą metody elementów skończonych (MES) uzyskano rozkłady naprężeń i odkształceń w materiale z uwzględnieniem porów (w skali mezoskopowej). Na podstawie krzywej umocnienia litego materiału wyznaczono wykresy rozciągania i ściskania dla materiału porowatego. Przeprowadzono także analizę mechanizmu zniszczenia porowatego spieku stali 316L z uwzględnieniem efektu struktury.

EN

The paper presenting numerical modeling of mechanical properties of porous 316L based on micro-computed tomography imaging. The sample prepared using powder metallurgy was scanned using micro-computed tomography. Received micro-CT images were used to generate surface and then solid finite element mesh which representing the spatial geometry of the porous biomaterial. The material response in compression and tensile checked using a commercial finite element method (FEM) software. As a result of numerical calculations obtained visualizations of the stress and strain fields in the sample. Diagrams provided details of the stress distribution, allowing for a full investigation of porous 316L. Finally, analyzed influence of the complex geometry of the materials porosity on its strength characteristic.

Słowa kluczowe

PL

materiał porowaty; spiek stali 316L; proces odkształcania; modelowanie numeryczne; metalurgia proszków; mikrotomografia komputerowa

EN

porous material; 316L sintered steel; deformation process; numerical modelling; powder metallurgy; X-ray microtomography

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 14, nr 45
• Strony: 21--31
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Doroszko M.

• Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej, Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej

autor

Seweryn A.

• Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej, Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej

Bibliografia

• 1. Ashby M.F., Evans A.G., Fleck N.A., Gibson L.J., Hutchinson J.W., Wadley H.N.G., Metal Foams: A design guide. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2000.
• 2. Maruyama B., Spowart J.E., Hooper D.J., Mullens H.M., Druma A.M., Druma C., Alam M.K.: A new technique for obtaining three-dimensional structures in pitch-based carbon foams. “Scripta Materialia” 2006, Vol. 54, p. 1709-1713.
• 3. Shen H., Oppenheimer S.M., Dunand D.C., Brinson L.C.: Numerical modeling of pore size and distribution in foamed titanium. “Mechanics of Materials” 2006, Vol. 38, p. 933-944.
• 4. Kwon Y.W., Cooke R.E., Park C.: Representative unit-cell models for open-cell metal foams with or without elastic filler. “Materials Science and Engineering: A” 2003, Vol. 343, p. 63-70.
• 5. Michailidis N., Stergioudi F., Omar H., Tsipas D.N.: An image-based reconstruction of the 3D geometry of an Al open-cell foam and FEM modeling of the material response. “Mechanics of Materials” 2010, Vol. 42, p. 142-147.
• 6. Gerbaux O., Buyens F., Mourzenko V.V., Memponteil A., Vabre A., Thovert J.-F., Adler P.M.: Transport properties of real metallic foams. “Journal of Colloid and Interface Science” 2010, Vol. 342, p. 155-165.
• 7. Tsafnat N., Tsafnat G., Jones A.S.: Micro-finite element modelling of coke blends using X-ray microtomography. “Fuel” 2008, Vol. 87, p. 2983-2987.
• 8. Veyhl C., Belova I.V., Murch G.E., Fiedler T.: Finite element analysis of the mechanical properties of cellular aluminium based on micro-computed tomography. “Materials Science and Engineering: A” 2011, Vol. 528, p. 4550-4555.
• 9. Michailidis N.: Strain rate dependent compression response of Ni-foam investigated by experimental and FEM simulation methods. “Materials Science and Engineering: A” 2011, Vol. 528, p. 4204-4208.
• 10. Youssef S., Maire E., Gaertner R.: Finite element modeling of the actual structure of cellular materials deter- mined by X-ray tomography. “Acta Materialia” 2005, Vol. 53, p. 719-730.
• 11. Falkowska A., Seweryn A.: Badania doświadczalne trwałości zmęczeniowej spiekanych materiałów porowatych stali 316L. W: 51. Sympozjon „Modelowanie w mechanice”, Ustroń 2012, s. 56-57.
• 12. Grądzka-Dahlke M.: Analiza procesów zachodzących podczas ściskania porowatej stali 316L do zastosowań biomedycznych. „Eksploatacja i Niezawodność” 2010, nr 4, s. 16-22.
• 13. Collin J.M., Mauvoisin G. Bartier O., El Abdi R., Pilvin P.: Experimental evaluation of the stress-strain curve by continous identation using different indenter shapes. “Materials Science and Engineering: A” 2009, Vol. 501, p. 140-145.
• 14. http://www.tribologia.eu/ptt/try/tr04.htm, 05.10.2012.
• 15. Derpeński Ł., Seweryn A.: Experimental research into fracture of EN-AW 2024 and EW-AW 2007 aluminum alloy specimens with notches subjected to tension. “Experimental Mechanics” 2011, Vol. 51, p. 1075-1094.