Modelowanie naprężeń własnych generowanych w procesie termicznego nanoszenia powłok

• Autorzy: Lindemann Z. , Zimmerman J. , Golański D. , Chmielewski T. , Włosiński W.

Warianty tytułu

EN

Modelling of residual stresses generated in thermal coat spreading processes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

: Przedstawiono metodykę modelowania za pomocą metody elementów skończonych naprężeń własnych powstałych w czasie procesów termicznego nakładania powłok na podłoża. Modelowanie przeprowadzono dwuetapowo: etap pierwszy - dynamiczny - polegał na rozwiązaniu zagadnienia zderzenia pojedynczych cząstek materiału powłoki z podłożem, a etap drugi - statyczny - na termomechanicznej, nieliniowej analizie symulacji procesu poprzez tworzenie przyrastających podwarstw w czasie, aż do uzyskania powłoki o określonej grubości i schładzania całości. Obliczenia przeprowadzono dla kołowych próbek składających się z tytanowej powłoki (o trzech grubościach) naniesionej na podłoże ceramiczne Al2O3 metodą detonacyjną. Model obliczeniowy został zweryfikowany eksperymentalnie przez pomiary ugięcia próbki po jej schłodzeniu do temperatury pokojowej. Otrzymano dobrą zgodność wyników numerycznych ugięć układu powłoka - podłoże z doświadczalnymi.

EN

: It has been presented the methodics of modelling of residual stresses generated in thermal processes of coats spreading on base material by means of finite element method. The modelling was carried out in two stages: the first stage, dynamical one, consisted in solving the problem of the collision of single particles of the coat material with the base, whereas the second stage, statical one, consisted in thermomechanical, non-linear analysis of the process simulation through formation of attaching themselves sublayers in time, until the appropriately thick coat is obtained and cooling of the whole begins. Calculations were carried out for circular samples made up of titanium coat ( three values of thickness) spread on Al2O3 ceramic base by detonation method. The calculation model has been verified experimentally by measurements of sample deflection after its cooling to the ambient temperature. It has been achieved good conformability of numerical results of deflections of the coat-base material configuration with experimental ones.

Słowa kluczowe

PL

natryskiwanie termiczne; naprężenia własne; metoda elementów skończonych; MES (metoda elementów skończonych); modelowanie

EN

thermal spraying; internal stress; finite element method; FEM; modelling

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 56, nr 5
• Strony: 176--178
• Opis fizyczny: 181--183, Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Lindemann Z.

autor

Zimmerman J.

autor

Golański D.

autor

Chmielewski T.

autor

Włosiński W.

• Instytut Maszyn Przepływowych PAN, Warszawa

Bibliografia

• 1. Gan Z., Ng H. W.: Deposition-inducted residual stress in plasma-sprayed coatings. Surface and coating technology, 187, (2004), pp 307-319.
• 2. Stokes J., Looney L.: Residual Stress in HVOF Thermally Sprayed Thick Deposits. ICMCTF 2003.
• 3. LiM., Christofides P.: Multi-Scale Modelling and Analysis of an Industrial HVOF Thermal Spray Process. Chem. Eng. Sei., (2005), 60, pp 3649-3669.
• 4. Madejski N.J.: Solidification of droplets on a cold surface. Int. J. Heat Mass Transfer 19(1976)pp 1009-1013.
• 5. W at anahe Т., Kinibayashi /.. Honda Т., Kanzawa A.: Deformation and solidification of a droplet on a cold substrate. Chem. Eng. Sei. 47, (1992), pp 3059-3065.
• 6. Amon С., H., Men R., Prinz F. В., Schmaltz К. S.: Numerical and experimental investigation of interface bonding via substrate melting of an impinging molten metal droplet. Journal of Heat Transfer, 118,(1996). pp 164-172.
• 7. Zhang XC, Gong JM, Tu ST.: Effect of spraying condition and material properties on the residual stress in plasma spraying. J. Mater. Sei. Technol., 20,(2004) pp 149- 153.
• 8. Johnson, G R.; Cook, W.H.: A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high temperatures. J. of Engineering Materials and Technology, Vol. 105, nr 1, 1983.
• 9. Johnson, G. R. and Holmquist, T. J.: An improved computational constitutive model for brittle materials. High- Pressure Science and Technology, American Institute of Physics, 1994
• 10. Babul В., Ziencik H., Babul Т., Ziółkowski Z.: Powłoki impulsowo-gazotermiczne. Wyd. Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych, Warszawa, 1996.
• 11. Goldsmith A., Waterman Т.Е., Hirchom H.J.: Handbook of thermophysical properties of solid materials. New York 1961.
• 12. Boyer R„ Welsch G., Collings E. (ed.): Materials Property Handbook: Titanium Alloys, ASM International, Materials Park, OH, 1994.