Methodology for experimental investigations of metal foams and their mechanical properties

• Autorzy: Stręk A. M.

Warianty tytułu

PL

Metodologia badań eksperymentalnych pian metalicznych i ich własności mechanicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a comprehensive, systematic approach on experimental investigations of structure and mechanical properties of metal foams. Based on a thorough state of the art study, the existing solutions have been synthesised with recent developments in the discussed field to become a proposition of a possibly complete methodology for observation and testing of cellular metals. Material properties acquired in the described manners can constitute reliable reference result base e.g. for identification and verification of failure criteria. This paper describes sample preparation procedures and next discusses techniques which enable one to characterise foam structure. There are also presented procedures for determining strength limits in different load cases: uniaxial tension or compression, shear and torsion as well as multiaxial states. The tests are discussed in terms of their specific application to study cellular metallic materials.

PL

Przedstawiono kompleksowe, systematyczne podejście do badań doświadczalnych struktury i właściwości mechanicznych pian metalowych. Na podstawie dogłębnej analizy stanu rzeczy rozwiązania istniejące zsyntetyzowano, uwzględniając najnowsze zmiany w omawianym zakresie tak, aby przedstawić propozycje możliwie pełnej metodologii obserwacji i badań metali komórkowych. Właściwości materiału uzyskane w czasie zaproponowanych testów mogą stanowić wiarygodną bazę odnośnych wyników, np. do identyfikacji i weryfikacji kryteriów wytężenia. Opisano procedury przygotowania próbek, a następnie omówiono techniki umożliwiające scharakteryzowanie struktury piany. Przedstawiono również procedury określania granic wytrzymałości w różnych przypadkach obciążenia: jednoosiowego rozciągania lub ściskania, ścinania i skręcania oraz wieloosiowych stanach obciążenia. Badania zostały omówione w odniesieniu do szczególnego zastosowania ich do zbadania komórkowych materiałów metalicznych.

Słowa kluczowe

EN

metal foams; tensile tests of foams; compression tests of foams; multiaxial tests of foams; shear tests of foams

PL

pianki metaliczne; próba rozciągania pianek; próba ściskania pianek; próba wieloosiowa pianek; test ścinania pianek

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Mechanics and Control
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 31, no. 2
• Strony: 90--96
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19, poz., rys.

Twórcy

autor

Stręk A. M.

• AGH University of Science and Technology Kraków, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Department of Strength and Fatigue of Materials and Structures

Bibliografia

• Ashby M.F., Evans A.G., Fleck N.A., Gibson L.J., Hutchinson J.W., Wadley H.N.G., 2000, Metal Foams: A Design Guide, Butterworth-Heinemann.
• Andrews E.W., Gioux G., Onck R, Gibson L.J., 2001, Size effects in ductile cellular solids. Part II: experimental results, Int. J. Mech. Sci., 43, pp. 701-13.
• Bart-Smith H., Bastawros A.-F., Mumm D.R., Evans A.G., Sypeck D.J., Wadley H.N.G., 1998, Compressive deformation and yielding mechanisms in cellular al alloys determined using x-ray tomography and surface strain mapping, Acta Mater., Vol. 46, No. 10, pp. 3583-3592.
• Bastawros A.-F. and McManuis R., 1998, Case study: use of digital image analysis software to measure non-uniform deformation in cellular aluminum alloys, Exp. Tech., 22, pp. 35-37.
• Bastawros A.-F., Bart-Smith H., Evans A.G., 2000, Experimental analysis of deformation mechanisms in a closed-cell aluminum alloy foam, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 48, pp.301-322.
• Blazy J.-S., Marie-Louise A., Forest S., Chastel Y., Pineau A., Awade A., Grolleron C, Moussy F., 2004, Deformation and fracture of aluminium foams under proportional and non proportional multi-axial loading: statistical analysis and size effect, Int. J. Mech. Sci., 46, pp. 217-44.
• Choi J.B., Lakes R.S., 1992, Nonlinear properties of metallic cellular materials with a negative Poissons ratio, J. Mat. Sci., 27, pp. 5373-81
• Deshpande V.S., Fleck N.A., 2000, Isotropic constitutive models for metallic foams, J. Mech. Phys. Solids, 48, pp. 1253-83.
• Gibson L.J., Ashby M.F., Zhang J., and Triantafillou T.C., 1989, Failure surfaces for cellular materials under multiaxial loads-I, Modelling, Int. J. Mech. Sci. 31, pp. 635-663.
• Gioux G., McCormack T.M., Gibson L.J., 2000, Failure of aluminum foams under multiaxial loads, Int. J. Mech. Sci., 42, pp. 1097-1117.
• Yoshihiko Hangai, Yuichiro Ozeki, Shigehiro Kawano, Takao Utsunomiya, Osamu Kuwazuru, Makoto Hasegawa, Shinji Koyama, Nobuhiro Yoshikawa, 2010, Nondestructive Observation of Pore Structures of AI050 Porous Aluminum Fabricated by Friction Stir Processing, Materials Transactions, Vol. 51, No. 3, pp. 548-552.
• Huston D., 2011, Structural sensing, health monitoring, and performance evaluation, CRC Press/Taylor & Francis Group.
• Miller R.E., 2000, A continuum plasticity model for the constitutive and indentation behaviour of foamed metals, Int. J. Mech. Sci, 42, pp. 729-54.
• Motz C. and Pippan R., 2001, Deformation behaviour of closed-cell aluminium foams in tension, Acta Mater., 49, pp. 2463-70.
• Onck P.R., Andrews E.W., Gibson L.J., 2001, Size effects in ductile cellular solids. Part I: modeling, Int. J. Mech. Sci., 43, pp. 681-99.
• Ruan D., Lu G., Ong L.S., Wang B., 2007, Triaxial compression of aluminium foams, Comp. Sci. Tech., 67, pp. 1218-34.
• Triantafillou T.C., Zhang J., Shercliff T.L., Gibson L.J., Ashby M.F., 1989, Failure surfaces for cellular materials under multiaxial loads-II Comparison of models with experiment, Int. J. Mech. Sci., 31, pp. 665-78
• Tyson J., Schmidt T, Galanulis K., 2007, 3D Image Correlation:Measuring Displacement and Surface Strain, Sensors Magazine, June 2007.
• Jaklinski B., Karus A., Kliczewska A., private communication, 2012.