On the reconstruction method of ceramic foam structures and the methodology of Young modulus determination

• Autorzy: Nowak M. , Nowak Z. , Pęcherski R. B. , Potoczek M. , Śliwa R. E.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2013-0154

Warianty tytułu

PL

Metoda rekonstrukcji struktur geometrycznych pianek ceramicznych oraz metodologia określania modułu Younga

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the present paper a finite element model was used to investigate the mechanical properties such as Young’s modulus of open-cell ceramic foam. Finite element discretization was derived from real foam specimen by computer tomography images. The generated 3D geometry of the ceramic foam was used to simulate deformation process under compression. The own numerical procedure was developed to control finite element mesh density by changing the element size. Several numerical simulations of compression test have been carried out using commercial finite element code ABAQUS. The size of the ceramic specimen and the density of finite element mesh were examined. The influence of type and size of finite element on the value of Young’s modulus was studied, as well. The obtained numerical results have been compared with the results of experimental investigations carried out by Ortega [11]. It is shown that numerical results are in close agreement with experiment. It appears also that the dependency of Young’s modulus of ceramic foam on density of finite element mesh cannot be ignored.

PL

W pracy przedstawiono metodę określania własności mechanicznych np. modułu Younga porowatych pianek ceramicznych o otwartych komórkach. Wykorzystując obrazy z tomografii komputerowej rzeczywistej struktury pianki otrzymano siatkę elementów skończonych. Przestrzenny obraz geometrii pianki wykorzystano do symulacji numerycznej procesu deformacji w próbie ściskania. Opracowano własną procedurę numeryczną do generowania elementów skończonych o różnej wielkości i kontroli gęstości siatki elementów. Przeprowadzono szereg symulacji numerycznych procesu ściskania pianek z wykorzystaniem programu elementów skończonych ABAQUS. Ustalono wpływ rodzaju i wielkości elementów skończonych jak również wielkości samej próbki na wartość modułu Younga wyliczonego dla próby jednoosiowego ściskania. Otrzymane numerycznie wartości modułów Younga porównano z wartościami z doświadczeń opublikowanych w pracy Ortegi [11]. Otrzymane rezultaty z symulacji numerycznych są w dobrej zgodności z doświadczeniem. Ustalono, ze wartości modułu Younga dla porowatych pianek ceramicznych zależy od gęstości siatki elementów skończonych i nie może być pomijana.

Słowa kluczowe

EN

foams; 3D image analysis; cellular ceramics; FE modeling; porous alumina; mechanical properties

PL

pianki ceramiczne; analiza obrazu 3D; pianki porowate; modelowanie FE; porowaty tlenek glinu; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 58, iss. 4
• Strony: 1219--1222
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Nowak M.

• Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences, A. Pawińskiego 5b, 02-106 Warsaw, Poland

autor

Nowak Z.

• Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences, A. Pawińskiego 5b, 02-106 Warsaw, Poland

autor

Pęcherski R. B.

• Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences, A. Pawińskiego 5b, 02-106 Warsaw, Poland

autor

Potoczek M.

• Rzeszów University of Technology, Powstańców Warszawy 8, 35-959 Rzeszów, Poland

autor

Śliwa R. E.

• Rzeszów University of Technology, Powstańców Warszawy 8, 35-959 Rzeszów, Poland

Bibliografia

• [1] M. Potoczek, Gelcasting of alumina foams using agarose solutions, Ceramics International 34, 661-667 (2008).
• [2] N. Michailidis, F. Stergioudi, H. Omar, D. Tsipas, FEMmodeling of the response of porous Al in compression, Computational Materials Science 48, 282-286 (2010).
• [3] M. Panico, L. C. Brinson, Computational modeling of porous shape memory alloys, International Journal of Solids and Structures 45, 5613-5626 (2008).
• [4] M. Wicklein, K. Thoma, Numerical investigations of the elastic and plastic behaviour of an open-cell aluminium foam, Materials Science and Engineering 397, 391-399 (2005).
• [5] N. Michailidis, F. Stergioudi, H. Omar, D. N. Tsipas, An image-based reconstruction of the 3Dgeometry of an Al open-cell foam and FEMmodeling of the material response, Mechanics of Materials 42, 142-147 (2010).
• [6] M. Kirca, A. Gul, E. Ekinci, F. Yardim, A. Mugan, Computational modeling of micro-cellular carbon foams, Finite Element in Analysis and Design 44, 45-52 (2007).
• [7] Y. X. Gan, C. Chen, Y. P. Shen, Three-dimensional modeling of the mechanical property of linearly elastic open cell foams, International Journal of Solids and Structures 42, 6628-6642 (2005).
• [8] M. H. Luxner, J. Stampfl, H. E. Pettermann, Numerical simulations of 3Dopen cell structures - influence of structural irregularities on elasto-plastic and deformation localization, International Journal of Solids and Structures 44, 2990-3003 (2007).
• [9] T. Fiedler, A. Ochsner, J. Gracio, G. Kuhn, Structural modeling of the mechanical behavior of periodic cellular solids: open-cell structures, Mechanics of Composite Materials 41, 3 (2005).
• [10] C. Redenbach, Modelling foam structures using random tessellations. Stereology and Image Analysis. Ecs10 - Proceedings of the 10th European Congress of ISS. ESCULAPIO Pub. Co., Bologna, 2009.
• [11] F. S. Ortega, J. A. Rodrigues, V. C. Pandolfelli, Elastic Modulus of Gelcast Cellular Ceramics at High Temperatures, American Ceramic Society Bulletin 85, 9101-9110 (2006).