Badania eksperymentalne i modelowanie piany aluminiowej alporas

• Autorzy: Klasztorny M. , Małachowski J. , Dziewulski P. , Nycz D. , Gotowicki P.

Warianty tytułu

EN

Experimental investigations and modelling of alporas aluminium foam

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedmiotem badań eksperymentalnych i modelowania numerycznego jest piana ze stopu aluminium, o porach zamkniętych (nazwa handlowa Alporas), o gęstości 0.22 g/cm3 i kompozycji Al + 1,5 procent Ca + 1,5 procent Ti. Na podstawie danych literaturowych przyjęto, że piana jest izotropowa po homogenizacji. Przeprowadzono próby wytrzymałościowe ściskania jednokierunkowego, rozciągania jednokierunkowego oraz ścinania w płaszczyźnie prostopadłej do arkusza piany. Pianę po homogenizacji opisano modelem materiałowym MAT 026 w systemie LS-Dyna. Do walidacji eksperymentalnej modelowania numerycznego procesów quasi-statycznych w elementach z piany Alporas zaproponowano próbę ściskania jednokierunkowego statycznego pod kątem 20 ° do osi próbki sześciennej (jednoczesne ściskanie, ścinanie i zginanie). Wyznaczono wartość współczynnika proporcjonalności (wymaganego w przypadku modelu MAT 026) krzywej ścinania w funkcji odkształcenia objętościowego do krzywej ściskania również w funkcji odkształcenia objętościowego, przy której uzyskano zgodność symulacji z eksperymentem.

EN

The study presents the experimental investigations and numerical modelling of closed-cell aluminium alloy foam (trade name Alporas), with 0.22 g/cm3 density and structural composition Al + 1,5 per cent Ca + 1,5per cent Ti. The considerations are under assumption of homogenization and isotropy of the foam material. Three basic strength tests have been conducted, i.e. the unidirectional compressive test, the unidirectional tensile test, the shear test in the piane perpendicular to the foam sheet. The homogenized foam has been described with MAT 26 material model implemented in FE code LS-Dyna. In order to validate experimentally numerical modelling of quasi-static processes in elements made of Alporas foam the unidirectional compressive static test at 20 ° angle with respect to the specimen axis (simultaneous compression, shear and bending) is proposed. The coefficient expressing proportionality of the shear curve vs. volumetric strain to the compression curve vs. volumetric strain has been determined, at which the simulation and the experiment are in good conformity.

Słowa kluczowe

PL

badanie eksperymentalne; piana aluminiowa; modelowanie numeryczne

EN

experimental study; aluminium foam; numerical modelling

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 12, nr 43
• Strony: 97--112
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz.

Twórcy

autor

Klasztorny M.

autor

Małachowski J.

autor

Dziewulski P.

autor

Nycz D.

autor

Gotowicki P.

• Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej, Wojskowa Akademia Techniczna,

Bibliografia

• 1. Gibson L.J. et al.: Failure surfaces for cellular materials under multiaxial loads I: Modeling. "International Journal of Mechanical Sciences" 1989, 31(9), p. 635-663.
• 2. Gibson L.J., Ashby M.F.: Cellular solids, structures and properties. Cambridge: University Press, 1997.
• 3. Andrews E. et al.: Compressive and tensile behaviour of aluminum foams. "Materials Science and Engineering" 1999, A270, p. 113-124.
• 4. Shen J. et al.: Compressive behaviour of closed-cell aluminum foams at high strain rates. Composites: Part B, 2010, 41, p. 678-685.
• 5. Miller R.E.: A continuum plasticity model for the constitutive and indentation behaviour of foamed metals. "Int. J. Mechanical Sciences" 2000, 42, p. 729-754.
• 6. Olurin O.B. et al.: Deformation and fracture of aluminum foams. "Materials Science and Engineering" 2000, A291, p. 136-146.
• 7. Onck P.R.: Application of a continuum constitutive model to metallic foam DEN-specimens in compression. "Int. J. Mechanical Sciences" 2001,43, p. 2947-2959.
• 8. Deshpande V.S., Fleck N.A.: Isotropic constitutive models for metallic foams. "J. Mechanics and Physics of Solids" 2000, 48, p. 1253-1283.
• 9. Motz C, Pippan R.: Deformation behavior of closed-cell aluminium foams in tension. "Acta Mater." 2001, 49, p. 2463-2470.
• 10. Hanssen A.G. et al.: Validation of constitutive models applicableto aluminium foams, "Int. J. Mechanical Sciences" 2002,44, p. 359—406.
• 11. A. Reyes et al.: Constitutive modeling of aluminum foam including fracture and statistical variation of density. " European Journal of Mechanics A/Solids" 2003, 22, p. 815-835.
• 12. Blazy J.S. et al.: Deformation and fracture of aluminium foams under proportional and non proportional multi-axial loading: statistical analysis and size effect. "Int. J. Mechanical Sciences" 2004, 46, p. 217-244.
• 13. Aly M.S.: Behavior of closed celi aluminium foams upon compressive testing at elevated temperatures: Experimental results. Materials Letters,2007, 61, p. 3138-3141.
• 14. De Giorgi M. et al.: Aluminum foams structural modelling." Computers and Structures" 2010, 88, p. 25-35.
• 15. Miedzinska D. et al.: Numerical and experimental aluminum foam microstructure testing with the use of computer tomography. "Comput. Mater. Sci."2012, doi: 10.1016/ j.commatsci.2012.02.021.
• 16. Li Q.M. et al.: Compressive strain at the onset of the densification of cellular solids. "J Celi. Piast." 2006, 42(5), p. 371-392.
• 17. Raj R.E., Daniel B.S.S.: Customization of closed-cell aluminum foam properties using design of experiments. "Materials Science and Engineering" 2011, A528, p. 2067-2075.
• 18. LS-Dyna.Theoretical manual, compiled by J.O. Halląuist, LSTC, Livermore, CA, USA, 2006.
• 19. LS_DYNA v971/R4 Beta. Keyword User's Manual. LSTC, Livermore, CA, USA, 2009.
• 20. http://www.gleich.de/files/data_sheet_alporas.pdf ALPORAS (karta materiałowa).
• 21. ASTM C273-00. Standard Test Method for Shear Properties of Sandwich Core Materials, 2000.