Structure analysis of the modified cast metal matrix composites by use of the RVE theory

• Autorzy: Kurtyka P. , Rylko N.

Warianty tytułu

PL

Analiza struktury modyfikowanych odlewanych kompozytów na osnowie metalowej z wykorzystaniem teorii RVE

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents applications of a new theory of the representative volume element (RVE) based on the Mityushev- Eisenstein-Rayleigh sums (M-sums) to describe particle-reinforced composites. This theory is applied to study F3K.10S metal matrix composites reinforced SiC particles. The most important M-sum e2 is calculated for the initial state as e2 = -0.00206281. This shows considerable heterogeneity of distribution of reinforcing particles and its anisotropic properties. Further, the results are compared with the results obtained by the FSP. It is established that the use of a single FSP process causes a significant change in the distribution of particles reinforcing phase when the value e2 becomes 3.19488. It follows from Mityushev’s theory that e2=π corresponds to isotropic distributions. The article confirms that the new RVE theory resolves the problem of the constructive pure geometrical description of the properties of composites. Further work requires the optimization and extension of the theory to three-dimensional models.

PL

W artykule przedstawiono nową teorieęRVE bazującą sumach Mityushev-Eisenstein-Rayleigh (M-sums) oraz ich wykorzystanie do opisu niektórych właściwości kompozytów wzmacnianych cząstkami. Praktyczne zastosowanie prezentowanej teorii pokazano na przykładzie kompozytu na osnowie metalowej wzmacnianego cząstkami SiC (F3K.10S). Bazując na analizowanych mikrostrukturach kompozytu, obliczono wartości sum Mityushev-Eisenstein-Rayleigh’a dla stanu wyjściowego, otrzymując wartość sumy e2 równa -0.00206281, co świadczy o dużej niejednorodności rozmieszczenia cząstek fazy wzmacniającej. Otrzymane wyniki porównano z danymi obliczonymi dla kompozytu po obróbce friction stir processing (FSP). Zaobserwowano istotny wpływ zastosowanego procesu na zmianę dystrybucji cząstek fazy wzmacniającej, co potwierdzono obliczeniowo, uzyskując wartość sumy Mityushev-Eisenstein-Rayleigh’a e2 równa 3,19488. Obserwowana tendencja zmierzania wartości sumy Mityushev-Eisenstein-Rayleigh’a e2 do liczby π świadczy o znacznej poprawie dystrybucji cząstek fazy wzmacniającej po procesie FSP. W pracy pokazano, że nowa teoria RVE bazująca na sumach Mityushev-Eisenstein-Rayleigh’a pozwala na określanie wybranych właściwości kompozytów na podstawie czysto geometrycznych czynników. Stwierdzono jednak, że konieczne są dalsze prace nad optymalizacja i rozszerzeniem teorii w celu pełnego trójwymiarowego analizowania struktur kompozytowych.

Słowa kluczowe

EN

representative volume element; Mityushev-Eisenstein-Rayleigh sums; metal matrix composites

PL

teoria RVE; sumy Mityushev-Eisenstein-Rayleigh; kompozyty na osnowie metalowej

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 58, iss. 2
• Strony: 357--360
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Kurtyka P.

• Institute of Technology, Pedagogical University, ul. Podchorazych 2, 30-084 Kraków, Poland

autor

Rylko N.

• Institute of Technology, Pedagogical University, ul. Podchorazych 2, 30-084 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] I. Sulima, L. Jaworska, P. Wyżga, M. Perek-Nowak, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 48 (1), 52-57 (2011).
• [2] I. Sulima, P. Klimczyk, P. Hyjek, Archives of Materials Science and Engineering 39 (2), 103-106 (2009).
• [3] I. Sulima, P. Figiel, M. Suśniak, M. Świątek, Archives of Materials Science and Engineering 33 (2), 117-120 (2008).
• [4] E. Fraś, A. Janas, P. Kurtyka, S. Wierzbiński, Archives of Metallurgy 48 (4), 383-408 (2003).
• [5] E. Fraś, A. Janas, P. Kurtyka, S. Wierzbiński, Archives of Metallurgy 49 (1), 113-141 (2004).
• [6] S. Tjong, Z. Ma, Mat Sci Eng R. 29, 49-113 (2000).
• [7] J. Moya, S. Lopez-Esteban, C. Pecharroman, Progress in Materials Science 52, 1017-1090 (2007).
• [8] R. S. Mishra, Z. Y. Ma, Mat Sci Eng R. 50, 1-78 (2005).
• [9] R. Nandan, T. Debroy, H. Bhadeshia, Progress in Materials Science 5, 980-1023 (2008).
• [10] K. Mroczka, J. Dutkiewicz, L. Lityńska-Dobrzyńska, A. Pietras, Archives of Material Science and Engineering 33, 93-96 (2008).
• [11] K. Mroczka, A. Pietras, Archives of Material Science and Engineering 40, 2, 104-109 (2009).
• [12] K. Mroczka, J. Dutkiewicz, A. Pietras, Journal of Microscopy 237, 521-525 (2010).
• [13] I. Uygur, Arch Metall Mater. 57, 53-60 (2012).
• [14] M. Amirizad, A. H. Kokabi, M. A. Gharacheh, R. Sarrafi, B. Shalchi, M. Azizieh, Materials Letters. 60, 565-568 (2006).
• [15] I. R. A. Prado, L. E. Murr, K. F. Soto, J. C. Mc Clure, Materials Science and Engineering A. 349, 156-165 (2003).
• [16] S. Torquato, Random Heterogeneous Materials, Springer 2002.
• [17] R. Czapla, W. Nawalaniec, V. Mityushev, Computational Materials Science 63, 118-126 (2012).
• [18] V. Mityushev, Complex Variables and Elliptic Equations 51, N 8-11, 1033-1045 (2006).
• [19] V. Mityushev, P. M. Adler, ZAMM 82, 5, 335-345 (2002).
• [20] I. V. Andrianov, V. V. Danishevs’kyy, A. L. Kalamkarov, Composites B: Engineering 41, 6, 503-507 (2010).
• [21] I. V. Andrianov, V. V. Danishevs’kyy, D. Weichert, Z. Angew, Math. Phys. 59, 889-903 (2008).
• [22] L. Berlyand, V. Mityushev, J Statist. Phys. 102, N 1/2, 115-145 (2001).
• [23] V. Mityushev, Complex Variables 50, 7-10, 621-630 (2005).
• [24] V. Mityushev, Appl. Math. Optimization 44, 17-31 (2001).