Skeleton castings as a new type of spatial composite reinforcement with specific mechanical properties

• Autorzy: Cholewa M. , Szuter T.

Warianty tytułu

PL

Odlewy szkieletowe jako nowy typ przestrzennego wzmocnienia kompozytów o szczególnych własnościach mechanicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the research results on the dynamic load resistance of ceramic matrix composites with aluminum spatialskeleton reinforcement, particularly focused on the ability to absorb impact energy. In the considered cases, the composite composition was complemented with a liquid additive. The addition was designed to improve impact energy absorption. The matrix of the composite was simultaneously a foundry core of skeleton casting. Internal channels which reproduce i trusses were created with the use of specially designed templates. The use of ceramic shapes allowed the authors to obtain strong cores with complex geometry, which act at the same time as the composite matrix, influencing its mechanical properties. Strength tests with a dynamic load were performed. The energy absorbed by the composite material was determined. The research was conducted on a specially-designed stand. The concept of the stand was developed based on drop weight tests.

PL

W opracowaniu przedstawiono wyniki badań wytrzymałości na obciążenie dynamiczne kompozytu o ceramicznej osnowie i przestrzennym aluminiowym wzmocnieniu szkieletowym, w szczególności skupiono się na zdolności pochłaniania energii uderzenia. W rozważanych przypadkach skład kompozytu uzupełniony został o ciecz wypełniającą. Dodatek miał na celu poprawę warunków absorpcji energii uderzenia. Osnowa kompozytu pełniła jednocześnie rolę rdzenia odtwarzającego wewnętrzne powierzchnie odlewu szkieletowego. Kanały odwzorowujące łączniki tworzono przy zastosowaniu specjalnych matryc. Użycie kształtek ceramicznych pozwala na uzyskanie wytrzymałych rdzeni o skomplikowanej geometrii, które pełnią jednocześnie rolę osnowy kompozytu, kształtując jego własności wytrzymałościowe. Przeprowadzano badania wytrzymałości przy obciążeniu dynamicznym. Na ich podstawie wyznaczono energię pochłoniętą przez materiał kompozytowy. Badania przeprowadzono na specjalnie do tego celu zbudowanym stanowisku. Koncepcja stanowiska została opracowana w oparciu o próby kafarowe typu Drop Weight Test.

Słowa kluczowe

EN

skeleton casting; reinforcement; mechanical properties

PL

odlewy szkieletowe; wzmocnienie; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 12, nr 2
• Strony: 121--125
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Cholewa M.

autor

Szuter T.

• Silesian University of Technology, Department of Foundry, ul. Towarowa 7, 44-100 Gliwice, Poland,

Bibliografia

• [1] Evans A.G., Hutchinson J.W., Fleck N.A., Ashby M.F., Wadley H.N.G., The topological design of multifunctional cellular metals, Progress in Materials Science 2001, Jan. 46, 3-4, 309-327.
• [2] Wadley H., Fabrication and structural performance of periodic cellular metal sandwich structures, Composites Science and Technology 2003, Dec. 63, 16, 2331-2343.
• [3] Wadley H.N.G., Multifunctional periodic cellular metals., Philosophical transactions, Series A, Mathematical, Physical, and Engineering Sciences 2006 Jan., 364, 1838, 31-68.
• [4] Zhou J., Shrotriya P., Soboyejo W.O., On the deformation of aluminum lattice block structures: from trusses to structures, Aerospace 2004, 36, 723-737.
• [5] Kooistra G.W., Queheillalt D.T., Wadley H.N.G., Shear behavior of aluminum lattice truss sandwich panel structures, Materials Science and Engineering: A 2008, Jan. 472, 1-2, 242-250.
• [6] Hebsur M.G., Processing of IN-718 Lattice Block Castings, Processing, no. April 2002.
• [7] Deshpande V.S., Ashby M.F., Fleck N.A., Foam topology bending versus stretching dominated architectures, Acta Materialia 2001, 49, 1035-1040.
• [8] Cholewa M., Patent Application No. P.384605 "Reinforcement of the composite and method of casting, of nonmonolithic composite reinforcement" 2009.
• [9] Cholewa M., Szuter T., Geometrical and mechanical analysis of 3D casted skeleton structure, Archives of Foundry Engineering 2010, 10, 2, 23-26.
• [10] Cholewa M., Szuter T., Dziuba M., Basic properties of 3D cast skeleton structures, Archives of Materials Science and Engineering 2011, 52, 2, 101-111.
• [11] Dziuba M., Kondracki M., Manufacturing conditions and geometrical shape of skeleton castings, Archives of Foundry 2006, 6, 22, in Polish.
• [12] Nathal M.V., Whittenberger J.D., Superalloy lattice block structures, Aerospace 2004, June.
• [13] Queheillalt D.T., Wadley H.N.G., Cellular metal lattices with hollow trusses, Acta Materialia 2005, Jan. 53, 2, 303-313.
• [14] Tian J. et al., The effects of topology upon fluid-flow and heat-transfer within cellular copper structures, International Journal of Heat and Mass Transfer 2004, Jul. 47, 14-16, 3171-3186.
• [15] Kooistra G., Compressive behavior of age hardenable tetrahedral lattice truss structures made from aluminium, Acta Materialia 2004, Aug. 52, 14, 4229-4237.
• [16] Dharmasena K.P., Wadley H.N.G., Williams K., Xue Z., Hutchinson J.W., Response of metallic pyramidal lattice core sandwich panels to high intensity impulsive loading in air, International Journal of Impact Engineering 2011, May 38, 5, 275-289.
• [17] Li M., Wu L., Ma L., Wang B., Z. Guan, Mechanical response of all-composite pyramidal lattice truss core sandwich structures, Journal of Materials Science & Technology 2011, Jan. 27, 6, 570-576.
• [18] Cholewa M., Dziuba-Kałuża M., Structural analysis of aluminum skeleton castings, Archives of Foundry Engineering 2008, 8, 3, 29-36.
• [19] Cholewa M., Tenerowicz S., Suchoń J., Spatial bimetallic castings manufactured from iron alloys, Archives of Foundry Engineering 2007, 7, 3, 33-38.
• [20] Engineering F., Quality of the joint between cast steel and cast iron in bimetallic castings, Archives of Foundry Engineering 2008, 8, 3, 37-40.
• [21] M. Dziuba, M. Cholewa, Ceramic cores for skeleton casting with open cells, Archives of Foundry 2006, 6, 22.
• [22] Cholewa M., Dziuba-Kałuża M., Composites based on sulfur polymer with AlSi skeleton reinforcement, Composites 2009, 1, 9, 73-77.
• [23] Cholewa M., Szuter T., Heat-insulating moulding sand with the glycol addition, Archives of Foundry Engineering 2011, 9, 1, 213-216.