Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Modelowanie charakterystyki przy ściskaniu oraz właściwości użytkowe hiperelastycznych materiałów poliuretanowych stosowanych w budowie maszyn

Boczkowska A., Babski K., Osiński J., Żach P.

Polimery

|

2008

|

T. 53, nr 7-8

544-550

PL

Przedmiotem badań były materiały o zdolności do bardzo dużych odwracalnych odkształceń (hiperelastyczne) w postaci nieściśliwych elastomerów i ściśliwych pianek poliuretanowych. Modelowano zachowanie tych materiałów przy ściskaniu: do opisu elastomerów zastosowano przy tym modele wielomianowe, w odniesieniu zaś do pianek - modele Ogdena różnych rzędów. Wyniki obliczeń weryfikowano doświadczalnie. Ponadto określano też szereg wybranych właściwości użytkowych badanych materiałów z punktu widzenia ich zastosowań: elastomerów o różnych stosunkach segmentów sztywnych do giętkich (S/G=0,25, 0,5 lub 0,75) jako tłumików drgań typu shimmy oraz pianek miękkich jako materiałów konstrukcyjnych siedzeń samochodowych. Charakterystyka ta obejmowała temperaturę zeszklenia elastomerów (ważną ze względu na użytkowanie w niskiej temperaturze), ich odbojność, twardość oraz ścieralność a także - w przypadku pianek miękkich - moduł sprężystości przy ściskaniu i zdolność do tłumienia drgań.

EN

The materials showing great reversible deformations (hyperelastic ones) namely non-compressible elastomers and compressible polyurethane foams were subjects of investigations. The behavior of these materials at compression has been modeled. Polynomial models were used for the description of elastomers while Ogden's models of various orders were applied to describe the foams. Calculations results were verified experimentally (Fig. 1-4). Additionally, several functional properties of the materials were evaluated from the point of view of their applications: elastomers differing in ratios of rigid (S) and elastic (G) segments (S/G=0.25, 0.5 or 0.75) as shimmy dumpers (Fig. 5-7, Table 1 and 2) and soft foams applied for car seats' construction (Fig. 8 and 9). The characteristics of materials consisted of glass transition temperature of elastomers (important when applied at low temperature), their resilience, hardness and abrasive wear as well as, for soft foams, also compression modulus and damping capacity.

2

Mikrostrukturalne uwarunkowania wytrzymałości na ściskanie infiltrowanych kompozytów ceramiczno-elastomerowych

Babski K., Boczkowska A., Szafran M., Kurzydłowski K. J.

Kompozyty

|

2008

|

R. 8, nr 3

285-290

PL

Przedstawiono wybrane właściwości mechaniczne kompozytów ceramiczno-elastomerowych wyznaczone podczas ściskania. Badane kompozyty wytwarzane były w procesie infiltracji porowatej ceramiki SiO2 elastomerem poliuretanowym. Do wytwarzania kompozytów wykorzystano trzy typy ceramiki porowatej o różnej wielkości porów, dzięki czemu uzyskano kompozyty różniące się mikrostrukturą oraz właściwościami mechanicznymi. W badaniach zastosowano dwie prędkości ściskania i opisano wpływ szybkości odkształcania na właściwości badanych kompozytów. W pracy wskazano charakterystyczne etapy ściskania badanych kompozytów oraz podjęto próbę ich interpretacji w powiązaniu z opisem etapów niszczenia mikrostruktury. Stwierdzono, że właściwości kompozytów pod obciążeniami ściskającymi są silnie zależne zarówno od typu mikrostruktury, jak i od szybkości odkształcania, a wyznaczone wartości energii pochłanianej przez kompozyty mogą być porównywane z danymi dla materiałów wykorzystywanych na szok-absorbery opisywane w literaturze.

EN

The present work concerns mechanical properties of ceramic-elastomer composites under compressive loads. The ceramic-elastomer composite investigated here have a microstructure of percolated phases. Such composites exhibit high initial strength and stiffness with the ability to sustain large deformations due to combining the ceramic stiffness and rubbery elasticity of elastomer. The microscopic observations reveal that the pores of matrix are fully filled with the elastomer. The porous ceramic matrix was sintered from SiO2 powders with controlled particles diameter. Since the stress-strain curve in compression for composites has a nonlinear characteristic, specific loading stages can be identified during straining. These stages are related to the type of the microstructure damage. The recognized stages are: I - elastic region, II - stable non localized microcracking, III - localized microcracking, IV - microcracking, fragmentation and straining of the elastomer. The observed plateau stress at large deformations implies that such composites can be used as a strain energy absorber. The mechanical properties in compression test were estimated in terms of: maximum compressive strength (initial maximum peak force), apparent modulus of elasticity (linear part of the stress-strain curve), the flow stress at 25% of strain. The absorbed energy was calculated as the area beneath the loading-unloading stress-strain curve. The compression tests reveal a significant difference in mechanical properties depending on composite microstructure and straining rate. It was found that the maximum compressive strength, relative modulus of elasticity and stresses at plateau region depends mainly on composite microstructure. The straining rate has a significant effect on relative modulus of elasticity and partly affects the maximum compressive strength and stresses at plateau region. It was found that ceramic-elastomer composites effectively absorb the energy at comparable value and have stress-strain characteristic similar to some aluminium foams or energy absorbing structures. In order to evaluate the complex usability of the composites as a potential shock absorbing material, the composites are currently investigated at higher straining rates.

3

Badania zwilżalności ceramiki SiO2 elastomerem uretanowomocznikowym

Boczkowska A., Paszewska A., Babski K., Kurzydłowski K. J.

Kompozyty

|

2007

|

R. 7, nr 1

32-36

PL

Opisano wyniki badań zwilżalności ceramiki SiO2 elastomerem uretanowomocznikowym, z której wytwarzane są infiltrowane kompozyty ceramiczno-elastomerowe. Kompozyty te posiadają strukturę perkolacji faz oraz charakteryzują się wyższą wytrzymałością na ściskanie niż porowata ceramika. Podczas ściskania zachowują kohezję i są zdolne do pochłaniania znacznej energii podczas odkształcenia. Ze względu na metodę wytwarzania kompozytów oraz pożądane silne połączenie między jego składnikami zwilżalność jest ważnym parametrem, decydującym o adhezji oraz o dobrym wypełnieniu porów przez reaktywną mieszaninę substratów, z których powstaje elastomer. W pracy zbadano zwilżalność pomiędzy ceramiką SiO2 a elastomerem za pomocą kąta zwilżania. W celu poprawy zwilżalności zastosowano silanowe promotory adhezji. Stwierdzono, że budowa chemiczna tych związków oraz sposób ich wprowadzenia wpływa na zwilżalność badanych materiałów. Przeprowadzone pomiary lepkości reaktywnych mieszanek poliuretanowych z dodatkami promotorów adhezji wskazują na znaczne zmiany lepkości, zależne od rodzaju wprowadzanego środka. Oceniono zależność pomiędzy kątem zwilżania a wytrzymałością na ściskanie kompozytu ceramika-elastomer. Na podstawie przeprowadzonych badań można wnioskować, że poprawa zwilżalności pomiędzy ceramiką a elastomerem wpływa na podwyższenie wytrzymałości na ściskanie infiltrowanych kompozytów ceramiczno-elastomerowych.

EN

The present work concerns the wettability of SiO2 ceramic by urea-urethane elastomer, that is used for production of infiltrated ceramic-elastomer composites. Such composites have a microstructure of percolated phases and improved compressive strength than porous ceramics. During compression they retain their cohesion with the ability to absorb deformation energy. Due to the manufacturing technology and desired high bonding between components, the wettability can be a significant factor that effects adhesion and promotes the filling of pores with liquid mixture of substrates. In this work the ceramics wettability by elastomer was investigated. In order to improve wettability, the coupling agents were used. The degree of wetting was estimated by measurement of the contact angle. It was found that chemical composition of this agents and method of their application, effect on wettability. It was found that viscosity varies significantly depending on the kind of a coupling agent used. The correlation between contact angle and compressive strength of composites was investigated. It was found that the increase of wettability increases their compressive strength.

4

Absorpcja energii przez kompozyt ceramika-polimer wywołana pracą pod obciążeniem ściskającym

Wasilewski Ł., Konopka K., Boczkowska A., Babski K., Szafran M.

Kompozyty

|

2007

|

R. 7, nr 4

190-194

PL

Analizowano kompozyty ceramika-polimer uzyskane metodą infiltracji porowatego tworzywa ceramicznego. Kompozyty poddano trzykrotnej próbie ściskania. Zastosowano dwie różne szybkości ściskania. Obserwacje makro- i mikroskopowe kompozytów przed próbami ściskania wykazały, że elastomer jest równomiernie rozłożony w ceramicznym tworzywie porowatym, tworząc układ dwóch wzajemnie przenikających się faz. Uzyskano mikrostrukturę z perkolacją fazy polimerowej w osnowie ceramicznej. Obserwacjom poddano również próbki po próbach ściskania. Badania z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego ujawniły obszary pokruszonej ceramiki na tle elastomeru, który nadal tworzył ciągłą fazę. W szczególności analizowano energię zaabsorbowaną przez kompozyty oraz ich mikrostrukturę. Wyniki badań wskazują, że badane kompozyty charakteryzują się zdolnością do wielokrotnie większej absorpcji energii w próbach ściskania niż ceramika i elastomer. Pozwala to na stosowanie kompozytów ceramika-elastomer jako "szok absorbery".

EN

In the present paper the ceramic-elastomer composites obtained via infiltration of porous SiO2 ceramics by urea--urethane elastomer were studied. Such composites have potential for being new class of construction and functional materials. As a result of process of infiltration microstructure with percolation of ceramic and polymeric phase is obtained. Due to joining ceramic with elastomer the composites with increased toughness are achieved. Such composites are distinguish by the high compression strength and high value of absorption energy and ability to achieve large deformation. These abilities of composites give them possibility to work as a shock absorber. Due to the presence of the elastomer the composites do not undergo sudden failure and the composites are able to work under third cycle of compression loading, however, the value of absorption energy is lower and the ?-? cure is similar as for elastomer. For higher value of deformation speed the higher value of energy absorption was noticed.

5

Magnetic and rheological properties of materials used in magnetorheological devices

Sówka E., Babski K., Leonowicz M., Bajkowski J., Zalewski R.

Inżynieria Materiałowa

|

2007

|

Vol. 28, nr 3-4

334-338

EN

Results of laboratory tests for the evaluation of the magnetic properties of three different types of magnetorheological fluids and of the coil's core materials used in dampers, are presented. The characteristic magnetic properties of these fluids and of the structural elements play an important role in the working efficiency of the MR dampers. The analysis of these results allows for the proper selection of the MR fluid suitable for a particular device.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych właściwości magnetycznych czterech różnych rodzajów cieczy MR oraz materiałów używanych w budowie tłumików magnetoreologicznych jako rdzenie solenoidu. Charakterystyka magnetyczna tych cieczy wpływa w zasadniczy sposób na skuteczność działania tłumików MR. Analiza przedstawionych wyników pozwala na właściwy dobór cieczy magnetoreologicznej dla odpowiedniego urządzenia.

6

Finite element modelling of the residual stresses in the ceramic-elastomer composites

Boczkowska A., Konopka K., Babski K., Krzesiński G., Kurzydłowski K. J.

Materials Science Poland

|

2005

|

Vol. 23, No. 2

529--534

EN

Ceramic-elastomer composites are obtained by the infiltration of porous ceramics by an elastomer prior to the curing reaction at elevated temperatures. Because the elastomer and the ceramic have different expansion coefficients thermal stresses are generated during cooling to ambient temperature. In addition the elastomer contracts as it transforms from a mixture of the substrates in the liquid state to the solid state polymer with a covalently bonded network structure. These two phenomena result in the development of residual stresses in the composite. Residual stresses are of significant concern because they can cause damage in the form of cracks in the ceramic and delamination between the ceramic and the elastomer. They can also have an effect on the mechanical properties of the composite. The aim was to model in 3D space the residual stresses in the composites with two different interpenetrating phases. The Finite Element Method (FEM) was used to calculate the stresses.

7

Określanie naprężeń własnych metodą elementów skończonych kompozytów ceramicznych infiltrowanych elastomerami

Babski K., Boczkowska A., Konopka K., Krzesiński G., Kurzydłowski K.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 3

40-44

PL

Przedmiotem badań był kompozyt ceramiczno-elastomerowy wytwarzany w procesie infiltracji porowatej ceramiki elastomerem. Charakteryzuje się on znacznie większą odpornością na kruche pękanie i wyższą wytrzymałością na ściskanie niż porowata ceramika. Dzięki wysokoelastycznym odkształceniom elastomeru oraz perkolacyjnej strukturze kompozytu nie ulega on katastroficznemu zniszczeniu i zachowuje zdolność przenoszenia obciążeń w warunkach wysokich odkształceń. W procesie wytwarzania kompozytu płynna mieszanina substratów elastomeru jest wprowadzana w pory materiału ceramicznego w warunkach obniżonego ciśnienia i podwyższonej temperatury. Reakcja utwardzania elastomeru prowadzona jest w porach materiału ceramicznego w temperaturze 120°C. Różnice współczynników rozszerzalności termicznej elastomeru i ceramiki powodują powstawanie naprężeń własnych (NW) w trakcie chłodzenia kompozytu do temperatury otoczenia. Dodatkowym czynnikiem generującym naprężenia może być skurcz elastomeru podczas jego utwardzania. Generowane naprężenia mogą mieć istotny wpływ na właściwości mechaniczne kompozytu. Opracowano modele kompozytu oraz przeprowadzono symulacje komputerowe z użyciem metody elementów skończonych (MES) w celu analizy NW powstających w procesie wytwarzania kompozytu. W modelach uwzględniono uproszczony współczynnik kształtu cząstek elastomeru jako zmianę z kształtu kulistego do eliptycznego. Udział objętościowy elastomeru był stały dla wszystkich przypadków i wynosił 0,4. Opracowane modele poddano symulacji chłodzenia kompozytu od temperatury wytwarzania (120°C) do temperatury otoczenia (20°C). Obliczenia prowadzone były w programie Ansys. Stwierdzono, że zmiany temperatury prowadzą do powstawania wysokich naprężeń o charakterze rozciągającym w elastomerze oraz o charakterze rozciągającym i ściskającym w ceramice. Przeprowadzono symulacje obciążenia termicznego i rozciągania kompozytu. Stwierdzono korzystny wpływ NW na wytrzymałość kompozytu przejawiający się głównie obniżeniem maksymalnych wartości naprężeń rozciągających w ceramicznej osnowie. Stwierdzono wpływ kształtu cząstek na lokalny wzrost naprężeń ściskających, który może korzystnie wpływać na odporność na pękanie ceramiki.

EN

The ceramic-elastomer composites obtained via infiltration of porous SiO2 ceramics by urea-urethane elastomer were obtained and studied (Fig. 1). Such composites are distinguished by the high compression strength and ability to achieve large deformations. The liquid mixture of the substrates is incorporated into ceramic pores using the vacuum pressure and temperature of 120°C. Since the thermal expansions of the elastomer and ceramics are different upon cooling to ambient temperature thermal stresses are generated (Tab. 1). Moreover, the elastomer shrinks as a consequence of its transformation from the mixture of substrates in the liquid to the solid states. These two phenomena result in buildup of residual stresses in the composite what can affect on the composite mechanical properties. In this work numerical models of composite were developed and analysis of the residual stresses arising during fabrication process was reported. To calculate the residual stresses the Finite Element Method (FEM) was used. In the models the shape ratio was involved with a change of elastomeric particles shape from spherical to ellipsoidal (Fig. 2). The volume fraction was constant for all cases and equal to 0.40. The unit cells were subjected to thermal load simulating the cooling from fabrication (120°C) to room temperature (20°C). The stresses distributions in dual phases component material were calculated using Ansys software. The analysis of distribution of principal stresses shows that change of temperature leads to buildup of high tensile stresses in elastomeric phase and tensile and compressive stresses in ceramic phase (Fig. 3). The simulation of both thermal and tensile load of unit cell were made. It was found that the thermal stresses present in composite mostly reduce the maximum values of tensile stresses in ceramic (Fig. 5), The elastomeric particles shape changes can lead to local increase of compressive stresses on parallel direction to ceramic-elastomer interface (Fig. 6). It can be advantageous from the mechanical point of view and can lead to increasing of the resistance for brittle cracking and composite strength.