Zastosowanie różnych metod homogenizacji w obliczeniach modułu Younga kompozytów typu diament-metal

• Autorzy: Ryzińska G. , Kut S. , Kushch V.

Identyfikatory

DOI

10.15199/67.2017.12.8

Warianty tytułu

EN

Application of various homogenization methods in the calculation of Young 's modulus of diamond-metal composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych dotyczące prognozowania modułu sprężystości wzdłużnej na etapie projektowania kompozytów na osnowie metalicznej, zawierających w swojej objętości (55–60)% cząstek diamentu. Badania przeprowadzono dla czterech różnych materiałów osnowy. Ze względu na możliwość uzyskania wysokiej przewodności cieplnej zastosowano: stop miedzi Cu-2,5 at.%B, czyste aluminium, stop aluminium z niewielką domieszką miedzi Al-2 wt.%Cu oraz stop srebra Ag-11 at.%Si. Badania numeryczne przeprowadzono w programie MSC Digimat. Obliczenia modułu Younga kompozytów wzmocnionych cząstkami diamentu o różnych średnicach przeprowadzono z zastosowaniem różnych metod tj.: bezpośredniej analizy metodą elementów skończonych, metody homogenizacji Mori-Tanaka oraz metody homogenizacji double inclusion. Wyniki obliczeń porównano z wynikami badań eksperymentalnych.

EN

In the following work we present numerical data on predicting of Young’s modulus at the stage of designing metal matrix composites containing 55–60 vol.% of diamond particles. The study was conducted for four various matrix materials. We have focused on copper Cu-2.5 at% B, pure aluminum, Ag-11 at.%Si and Al-2 wt.%Cu since these are matrix materials used in thermal management due to their high thermal conductivity. Numerical studies were conducted in the MSC Digimat program. The Young’s modulus of composites reinforced with diamond particles of various diameter was determined using a various methods: direct finite element analysis, Mori-Tanaka homogenization method and double inclusion homogenization method. The results of the calculations were compared with the results of experimental studies.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt; moduł Younga; homogenizacja; MSC Digimat

EN

composite material; Young's modulus; homogenization; Digimat

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne Recykling
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 62, nr 12
• Strony: 47--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ryzińska G.

• Politechnika Rzeszowska, Katedra Przeróbki Plastycznej, Al. Powstańców Warszawy 12, 35-329 Rzeszów

autor

Kut S.

• Politechnika Rzeszowska, Katedra Przeróbki Plastycznej, Al. Powstańców Warszawy 12, 35-329 Rzeszów

autor

Kushch V.

• The National Academy of Science of Ukraine, Bakul Institute for Superhard Materials, Avtozavodskaya Str., Kiev, 04074, Ukraina

Bibliografia

• [1] Czyż T., Grzegorz Dziatkiewicz, P. Fedeliński, R .Górski., Jacek Ptaszny. 2013. Advanced computer modelling in micromechanics. Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• [2] DIGIMAT software documentation. e-Xstream engineering. 2015.
• [3] Molina J.M., M. Rhęme, J. Carron, L.Weber. 2008. "Thermal conductivity of aluminum matrix composites reinforced with mixtures of diamond and SiC particles". Scripta Materialia 58: 393-396.
• [4] Ogierman Witold, Grzegorz Kokot. 2013. "Mean field homogenization in multi-scale modelling of composite materials". Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 61 (2): 343-348.
• [5] Ruch, P.W., O. Beffort, S. Kleiner, L. Weber, P. J. Uggowitzer. 2006. "Selective interfacial bonding in Al(Si)-diamond composites and its effect on thermal conductivity". Composites Science and Technology 66: 2677-2685.
• [6] Webb Steven W. 1999. "Diamond retention in sintered cobalt bonds for stone cutting and drilling". Diamond and Related Materials 8: 2043-2052.
• [7] Weber L., R. Tavangar. 2007. vOn the influence of active element content on the thermal conductivity and thermal expansion of Cu-X (X = Cr, B) diamond composites". Scripta Materialia 57: 988-991.
• [8] Weidenmann K. A., R. Tavangar, L. Weber. 2009. "Mechanical behaviour of diamond reinforced metals". Materials Science and Engineering A 523: 226-234.
• [9] Xu Xipeng, Xiaorui Tie, Hairong Wu. 2007. "The effects of a Ti coating on the performance of metal-bonded diamond composites containing rare earth". International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 25: 244-249
• [10] Yoshida Katsuhito, Hideaki Morigami. 2004. "Thermal properties of diamond/copper composite material". Microelectronic Reliability 44: 303-308
• [11] Zweben Carl. 1992. "Metal-matrix composites for electronic packaging". The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society 44: 15-23.
• [12] Zweben Carl. 1998. "Advances in composite materials for thermal management in electronic packaging". The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society 50 (6): 47-51.
• [13] Zweben Carl. 2005. "Advanced electronic packaging material". Advanced Materials and Processes 163 (12): 33-37.