Opracowanie za pomocą metody elementów brzegowych, kalibracja i weryfikacja modelu utraty spójności specjalnych stopów magnezu w skali mikro

• Autorzy: Milenin A. , Byrska-Wójcik D. J. , Grydin O. , Schaper M.

Warianty tytułu

EN

The development with help of boundary element method, calibration and verification of the model of fracture of special magnesium alloys in microscale

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Specjalne stopy magnezu (MgCa0.8, Ax30) o podwyższonej biozgodności mogą być zastosowane do produkcji resorbowalnych nici chirurgicznych. Problem stanowi ich niska plastyczność w temperaturze pokojowej. Proponowany model numeryczny pozwoli dobrać parametry procesu ciągnienia i określić graniczne możliwości produkcji. Model numeryczny odkształcenia w skali mikro został wykonany za pomocą metody elementów brzegowych. Procedurę kalibracji modelu oparto na eksperymentalnych badaniach w skali mikro, przeprowadzonych w mikrokomorze do SEM. Jako funkcję celu zaproponowano kwadrat różnicy porowatości próbki obliczonej w modelu i otrzymanej eksperymentalnie. Do kalibracji wykorzystano wyniki testów na rozciąganie, natomiast do weryfikacji modelu przeprowadzono inny rodzaj badań in situ opartych o ścinanie próbki. Powstałe narzędzie numeryczne może być połączone z modelem procesu ciągnienia w skali makro, dzięki czemu możliwa będzie optymalizacja procesu, uwzględniająca mechanizmy, zachodzące w mikrostrukturze.

EN

Special magnesium alloys (MgCa0.8, Ax30) with high biocompatibility can be applied for production of soluble surgical threads. The problem is low plasticity of these alloys at room temperature. The proposed model allows to set the drawing process parameters and to determine the maximum of production possibility. The numerical model of deformation in mi croscale is developed by boundary element method. The procedure of model calibration is based on experiments in microtensile/compression stage for a SEM. As a goal function the square of difference between theoretical and experimental values of porosity was proposed. The results of "in situ" tensile tests were used for calibration purpose and shear test was prepared for verification of model. The developed numerical tool can be coupled with macroscale drawing process model, so the optimization of drawing process will be possible with considering microstructural mechanisms.

Słowa kluczowe

PL

metoda elementów brzegowych; MEB; kryterium pękania

EN

boundary element method; BEM; fracture criteria

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 56, nr 11
• Strony: 581--587
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Milenin A.

autor

Byrska-Wójcik D. J.

autor

Grydin O.

autor

Schaper M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii i Informatyki Przemysłowej, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Heublein B., Rohde R., Niemeyer M., Kaese V., Hartung W., Röcken C., Hausdorf G., Haverich A.: Degradation of Magnesium Alloys: A New Principle in Cardiovascular Implant Technology, Paper TCT‐69, 11, Annual Symposium "Transcatheter Cardiovascular Therapeutics", The American Journal of Cardiology, Expcerpta Media Inc. New York, 1999.
• 2. Haferkamp H., Kaese V., Niemeyer M., Phillip K., Phan‐Tan T., Heublein B., Rohde R.: Exploration of Magnesium Alloys as New Material for Implantation, Mat.‐wiss. u. Werkstofftech, 32, Wiley‐ VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2001, s. 116-120.
• 3. Thomann M., Krause Ch., Bormann D., N. von der Hoh, Windhagen H., Meyer‐Lindenberg A.: Comparison of the resorbable magnesium alloys LAE442 and MgCa0,8 concerning their mechanical properties, their progress of degradation and the bone‐implant‐contact after 12 months implantation duration in a rabbit model, Mat.‐wiss. u. Werkstofftech, 2009, t. 40, nr 1‐2.
• 4. Odawa N., Shiomi M., Osakada K.: Forming limit of magnesium alloy at elevated temperatures for precision forming. Int. J. of Machine Tools & Manufacture, 2002, t. 42, s. 607-614.
• 5. Bao Y., Wierzbicki T.: On fracture locus in the equivalent strain and stress triaxility space. Int. J. of Mechanical Sciences, 2004, t. 46, s. 81-98.
• 6. Milenin A., Kustra P., Seitz J.‐M., Bach F.‐W., Bormann D.: Production of thin wires of magnesium alloys for surgical applications. 2010 Conference proceedings of The Wire Association International, Inc.: wire & cable technical symposium: 80th annual convention : Milkwaukee, Wisconsin, USA, May 2010.
• 7. Milenin A., Kustra P.: Mathematical model of warm drawing process of magnesium alloys in heated dies, Steel Research International, ISSN 1611‐3683, t. 81 nr 9 spec. ed., s. 1251-1254, Metal Forming 2010 : proceedings of the 13th international conference on Metal Forming : September 19-22, 2010, Toyohashi, Japan.
• 8. Milenin A., Byrska D. J., Grydin O., Schaper M.: The experimental research and the numerical modeling of the fracture phenomena in micro scale. Computer Methods in Material Science, 2010, t. 10, nr 2, s. 61-68.
• 9. Milenin A., Byrska D. J., Grydin O.: The multi‐scale physical and numerical modeling of fracture phenomena in the MgCa0.8 alloy. Computers and Structures, 2011, t. 89, nr 11‐12, 2011, s. 1038-1049, DOI: 10.1016/j.compstruc.2011.01.003.
• 10. Sfantos G. K., Aliabadi M. H.: A boundary cohesive grain element formulation for modeling intergranular microfracture in polycrystalline brittle. Int. J. Numer. Meth. Engng 2007, nr 69, s. 1590-1626.
• 11. Milenin A.: Comparative analysis of boundary and finite element method possibilities in simulation of metal working processes. Russian Metallurgy, 1997, nr 2, s. 64-71.
• 12. Milenin A.: A general plastic‐deformation simulation for two‐phase materials with the aid of boundary‐elements method. Metallofizika I Noveishie Tekhnologii, 1995, t. 17, nr 12, s. 46-52.
• 13. Crouch S. L., Starfield A. M.: Boundary element methods in solid mechanics, GEORGE ALLEN & UNWIN 1983, London, Boston, Sydney.
• 14. Becker A. A.: The boundary element method in engineering: A complete course, McGRAW‐HILL BOOK COMPANY, 1992, London.
• 15. Шульце Г.: Металлофизика Москва, Мир, 1971.
• 16. Rauch L., Bzowski K.: Image processing methods for segmentation of microscopic pictures of the MgCa alloys. Computer Methods in Materials Science, 2011, t. 11, nr 2, s. 350÷356.
• 17. Rabotnov Y. N.: Creep Problems in Structural Members, North‐Holland, 1969.