Analysis of the stress distribution in the nanogrid coatings based on digital representation of the structure

• Autorzy: Perzyński K. , Major Ł. , Kopernik M. , Madej Ł. , Pietrzyk M.

Warianty tytułu

PL

Analiza lokalizacji naprężeń w powłokach nanogridowych z wykorzystaniem cyfrowej reprezentacji struktury

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main subject of this work is investigation of the stress concentration in the nanogrid materials. The task is important for prediction of material behaviour under loading and exploitation conditions, when fatigue or wear play a crucial role. The cellular automata (CA) and digital material representation approaches are used to solve the mentioned problems. These methods allow reproducing the behaviour of nanogrid materials with specific characteristic features such as irregular shape of the boundaries in the adjacent coatings or specific microstructure properties. The developed CA model that simulates deposition process is presented. Based on this model the digital material is created and numerical simulations of material behavior under loading conditions are performed. The digital representation is helpful in the realistic description of the multilayered character of specimen with the specific shape of the coatings. The stress and strain distributions are investigated. These results are supported by the experimental data including ball-on-disk test and TEM (Transmission Electron Microscope) observations.

PL

Celem pracy jest utworzenie modelu numerycznego rozwiązującego problem lokalizacji naprężeń w nanowarstwach. Ma to szczególne znaczenie przy projektowaniu materiałów z uwzględnieniem analizy zmęczeniowej. W rozwiązaniu zastosowano metodę automatów komórkowych (CA) z jawną reprezentacją mikrostruktury. W odróżnieniu do istniejących modeli, model na bazie CA uwzględnia specyficzne właściwości powłok nanogridowych, takich jak nieregularny kształt połączenia powłok czy specyficzne własności mikrostruktury. Uzyskane wyniki analizy numerycznej są poparte wynikami badań laboratoryjnych, obejmujących test ball-on-disk i analizę z wykorzystaniem TEM (elektronowy mikroskop transmisyjny). Reprezentacja cyfrowa materiału pozwala na uwzględnienie dokładnego opisu jego warstwowego charakteru oraz skomplikowanego kształtu. W pracy przedstawiono wstępne symulacje zarówno z wykorzystaniem opracowanego modelu numerycznego dla warstw bez uwzględnienia chropowatości powłok, jak i z jej uwzględnieniem. Rezultaty symulacji porównano z wynikami badań doświadczalnych.

Słowa kluczowe

EN

stress; cellural automata model; nanogrid coatings

PL

naprężenia; metoda automatów komórkowych; powłoki nanogridowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 3
• Strony: 735--738
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys.

Twórcy

autor

Perzyński K.

autor

Major Ł.

autor

Kopernik M.

autor

Madej Ł.

autor

Pietrzyk M.

• Faculty of Metal Engineeringand Industrial Computer Science, AGH University of Science and Technology,

Bibliografia

• [1] Milenin A., Kopernik M.: The muliscale FEM model of artificial heart chamber composed of nanocoatings. Acta Biomech. Bioeng. 11/2 (2009) 13-20.
• [2] Rauch L., Madej L, Jurczyk T., Pietrzyk M.: Complex Modelling Platform based on Digital Material Representation. 14th ISPE Int. Conf. on Concurrent Engineering, Sao Paulo (2007) 403-410.
• [3] Major R., Bonarski J., Morgiel J., Major B., Czarnowska E., Kustosz R., Lackner J. M., Waldhauser W.: Elastic TiN coating deposited on polyurethane. Surface & Coatings Technology 200 (2006) 6340-6345.
• [4] Kosturek R., Malarz K.: New cellular automaton designed to simulate epitaxial films growth. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications 345 (2005) 538-546.
• [5] Bressan J. D., Tramontin A., Rosa C.: Modeling of nanoindentation of bulk and thin film by finite element method. Wear 258 (2005) 115-122.