Numerical simulation of thermal shock of FGMS disks

• Autorzy: Niezgoda T. , Boniecki M. , Kosiuczenko K. , Barnat W.

Warianty tytułu

EN

Symulacja numeryczna szoku termicznego dysków gradientowych

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca zawiera opis symulacji numerycznej szoku termicznego w cylindrycznych próbkach kompozytowych o zróżnicowanej grubości. Próbki wykonano z materiałów gradientowych na bazie aluminy Al2O3, z warstwami o zróżnicowanej zawartości cyrkonii zro2 w każdej warstwie. W celu przeprowadzenia oceny otrzymanych wyników numerycznych wykonano eksperyment. Wykorzystywane w obliczeniach parametry materiałowe obliczono w oparciu o wzory zaczerpnięte z teorii mieszanin. Symulację przeprowadzono wykorzystując metodę elementów skończonych zaimplementowaną w programie LS-Dyna. Modele numeryczne symulacji składały się z siatki elementów bryłowych 6 i 8-węzłowych z 3 stopniami swobody w każdym węźle, opisującej 5-stopniowy wycinek krążka. Odpowiedni sposób zdefiniowania warunków brzegowych umożliwił zmniejszenie wielkości zadania numerycznego poprzez wykorzystanie osiowej symetrii Otrzymane wyniki symulacji numerycznej pozwalają ocenić poziom naprężeń w materiale gradientowym poddanym szokowi termicznemu. Pozwalają na świadome kształtowanie odporności termicznej barier cieplnych, nie tylko modyfikując ich grubość, ale również skład chemiczny warstw. Zestawienie wyników symulacji numerycznej i eksperymentu pokazuje niewielkie różnice w przebiegach wykresów temperatur, co świadczy o poprawności zamodelowania zjawiska.

EN

The paper presents a description of the numerical simulation of the thermal shock in cylindrical composite specimens of diversified thickness. The specimens were made of graded materials (Al2O3 with various admixture of ZrO2). The material parameters used in numerical calculations were calculated on the grounds of the mixture method. The simulation was carried out using the Finite Element Method implemented in the LS-Dyna code. The results of numerical calculations were verified experimentally. The aim of the paper is theoretical modelling of the thermal shock problem in a strip made of functionally graded composite (FGMs). The distributions of thermal are analyzed respectively by thermo-mechanical finite element analysis (FEA). The propagation of stress in fgms is studied numerically by means of the LS Dyna code. The numerical simulation demonstrates the applicability of the algorithm to the modeling of FGM without any averaging procedure. The thermal shock resistance of disks (780 centigrade) was evaluated by sudden cooling with a high-velocity nitrogen jet at room temperature (20 centigrade).

Słowa kluczowe

PL

MES (metoda elementów skończonych); materiały gradientowe; szok termiczny; naprężenia

EN

FEM; FGM; stress; thermal shock

• Wydawca: Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation ; European Science Society of Powertrain and Transport KONES Poland ; Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONES
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 14, No. 3
• Strony: 459--465
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Niezgoda T.

autor

Boniecki M.

autor

Kosiuczenko K.

autor

Barnat W.

• Wojskowa Akademia Techniczna Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej WAT Gen. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa, Poland tel.: [phone], fax: [phone],

Bibliografia

• [1] Tomba, A. G., L.Cavalieri, A., Numerical simulation of the thermal shock of alumina disks with different surface finish, Journal of the European Ceramic Society 21, 2001.
• [2] Tomba, A. G., Cavalieri, A. L., Evaluation of the heat transfer coefficient in thermal shock of alumina disks, Material Science and Engineering A276, 2000.
• [3] Tomba, A. G., Cavalieri, A. L., Alumina discs with different surface finish: thermal shock behavior, Journal of the European Ceramic Society 20, 2000.
• [4] Munro, R. G., Evaluated Material Properties for a Sintered 􀁄-Alumina, Journal of the European Ceramic Society 80, 1997.
• [5] Sadowski T., Neubrand A., Estimation of the Crack Length After Thermal Shock in FGM Strip, International Journal of Fracture 127, 2004.
• [6] Sadowski, T., Samborski, S., Prediction of the mechanical behaviour of porous ceramicsusing mesomechanical model ling, Computational Materials Science 28, 2003 Journal of the European Ceramic Society 26 (2006) 2527–2531, 2006.
• [7] Tomba, A. G., Camerucci, M. A., Cavalieri, A. L., Indentation crack profiles of cordierite materials under mechanical and thermal biaxial stresses, Journal of the European Ceramic Society 26, 2006.
• [8] Tomba, A. G., Cavalieri, M. A. L., Ceramic surface finish: its influence on the heat transfer in thermal shock tests, Materials Letters 42, 2000.
• [9] Panda, P. K., Kannan, T. S., Dubois, J., Olagnon, C., Fantozzi, G., Thermal shock and thermal fatigue study of alumina, Journal of the European Ceramic Society 22, 2002.
• [10] German J., Podstawy mechaniki kompozytów w􀃡óknistych, Politechnika Krakowska, 2007.
• [11] Sadowski, T., Boniecki, M., Nakonieczny, K., Theoretical prediction and experimental verification of temperature distribution in FGM cylindrical plates subjected to thermal shock, IWCMM16, 2006.
• [12] Keyword Manual 970 Volume 1&2, Livermore Software Technology Corp, http://www.lstc.com/.
• [13] Theory Manual 2006, Livermore Software Technology Corp, http://www.lstc.com/.
• [14] http://kmiis.wme.wat.edu