Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Badania struktur komórkowych typu hollow sphere wytwarzanych metodą selektywnego spiekania laserowego

Cieplak Kamil, Majewski Tomasz

Mechanik

|

2019

|

R. 92, nr 7

439--441

PL

Opisano badania struktur hollow sphere, wykorzystanych jako absorbery energii mechanicznej. W pierwszej części artykułu przedstawiono techniki obróbki addytywnej – selektywnego spiekania laserowego – jako optymalnej metody wytwarzania próbek w przypadku badań laboratoryjnych. W kolejnej części zaprezentowano zastosowanie komputerowego wspomagana projektowania do tworzenia parametrycznych trójwymiarowych modeli badanych struktur. Następnie przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych w warunkach quasi-statycznego obciążenia tych materiałów. Na podstawie zebranych danych przeprowadzono analizę jakościową procesu deformacji struktur oraz wyciągnięto wnioski.

EN

The research of hollow sphere structures as absorbers of mechanical energy is described. The first part of the article is devoted to the description of selective laser sintering additive technique as the optimal method of sample production in the case of laboratory tests. The next part presents the use of computer aided design to create parametric three-dimensional models. Next, the results of experimental tests in the conditions of quasi-static load are presented. Based on the collected data, a qualitative analysis of the structure deformation process was performed and final conclusions are presented.

2

Problematyka projektowania i badania regularnych struktur komórkowych wytwarzanych technologiami przyrostowymi

Janiszewski J., Płatek P., Dziewit P., Sarzyńska K.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2018

|

Vol. 9, Nr 3 (33)

29--56

PL

Celem niniejszej pracy jest przedstawienie wybranych aspektów związanych z projektowaniem i badaniem energochłonnych regularnych struktur komórkowych typu 2D wykonanych za pomocą addytywnych technik wytwarzania. Zaproponowana przez autorów metodyka badawcza obejmowała wytwarzanie struktur za pomocą dwóch technik druku 3D zróżnicowanych pod względem technologicznym i możliwości wytwórczych. Metoda FDM (ang. Fused Deposition Modelling) pozwoliła na przeanalizowanie procesu deformacji szerokiego spektrum topologii w zakresie obciążenia quasi-statycznego i udarowego. Z kolei metoda LENS (ang. Laser Engineered Net Shaping) umożliwiła wykonanie struktur ze stopu tytanu Ti6Al4V charakteryzującego się wysoką wytrzymałością mechaniczną. W pracy przedstawiono najważniejsze problemy związane z procesem badania regularnych struktur komórkowych w różnych warunkach obciążenia, w szczególności w warunkach dynamicznego odkształcenia z wykorzystaniem techniki dzielonego pręta Hopkinsona (SHPB). Przedstawiono główne zagadnienia związane z budową stanowiska SHPB oraz opisano specyfikę badania struktur komórkowych w klasycznym układzie prętów Hopkinsona i w układzie tzw. bezpośredniego uderzenia. Ponadto, dokonano obszernego omówienia problematyki modelowania numerycznego deformacji struktur komórkowych, ze szczególnym uwzględnieniem definicji założeń koniecznych do poprawnego ich zamodelowania.

EN

The aim of this paper is to present main issues concerning designing and investigation on 2D regular cellular structures produced using additive manufacturing techniques. Proposed by authors experimental methodology was based on two types of technologically different 3D printings methods with various manufacturing capabilities. FDM (Fused Deposition Modelling) technique allowed to analyze wide spectrum of structure topologies under static and impact loading conditions. LENS (Laser Engineered Net Shaping) method enabled to produce high strength structures made of titanium alloy Ti6Al4V. This paper presents the most important issues related to the testing process of the regular cellular structures under various loading conditions, in particular under dynamic deformation using the split Hopkinson pressure bar technique (SHPB). The main issues concerning the construction of SHPB experimental setup were presented as well as the specificity of the research methodology on cellular materials in two different Hopkinson bar systems: classic and so-called direct impact. In addition, the extensive discussions on numerical modelling of cellular structures deformation was made. In particular, the emphasis of assumptions necessary for their correct modelling was defined.

3

Evaluation of phenomenological model parameters using density dependent laws for prediction of mechanical response of cellular materials

Butt H. S. U., Xue P., Hou B.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2015

|

Vol. 63, nr 1

181–191

EN

Cellular materials have found wide-spread attention in structural applications involving impact energy absorption. The choice of the most suitable density of a cellular material, for a particular impact application, is based on its mechanical response, which may be obtained through experimental tests and/or models. A current study is focused on prediction of a mechanical response of a wide range of densities of a cellular material using available experimental data of very few densities. Best fitting-parameters of four selected phenomenological models, to fit the available experimental response of three distinct aluminum foam densities, are evaluated. The relationship between the best-fitting parameters and density of the foam is established by using two types of functions. The first function is based on a power law relationship between each parameter and foam density ρ, while the second function assumes each parameter as a linear combination of ρn and ρ, where n is any real number. The former function is found reasonable in the cases of both parameter interpolation and extrapolation while the latter is found reasonable for a parameter interpolation only. The findings of a current study emphasize for a conscious approach during selection of density dependent laws for phenomenological model parameters to avoid any erroneous or misleading design decision.

4

Investigating porosity of sintering porous copper structure with 3D micro-focus X-ray computed tomography (μCT)

Depczyński W.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2014

|

Vol. 66, nr 2

67--72

EN

Purpose: The paper presents studies on the structure intended to form a heat exchange element made of sintered porous Cu. Design/methodology/approach: Analyses of Cu foam exhibiting a cellular structure have been carried out using X-ray tomography. Findings:Samples of copper foam have been imaged at high resolution using a large-field, 3D micro-focus X-ray computed tomography (μCT) system, three-dimensional image blocks derived from the scans were examined as cross-sections along orthogonal planes and as perspective images, maneuvered to be viewed from any angle. Research limitations/implications: This work presents methods for obtaining pore size distributions for both the micro-pores and their interconnects. It‘s a matter of great significance for recognition of real structure of sintered porous elements and it’s utility mainly as heat transfer. Originality/value: The proposed X-ray method appears to be an excellent tool for determining the 3D structure of the sintered Cu foam. It should be used to improve changes detection in the structure of the foam itself, incurred to the effect of changes process appeared during heat transfer operation.

5

A Regularized, Pyramidal Multi-grid Approach to Global 3D-Volume Digital Image Correlation Based on X-ray Micro-tomography

Fedele R., Ciani A., Galantucci L., Bettuzzi M., Andena L.

Fundamenta Informaticae

|

2013

|

Vol. 125, nr 3/4

361--376

EN

In this study a robust strategy for 3D-Volume Digital Image Correlation (DIC) is presented, apt to provide accurate kinematic measurements within a loaded sample on the basis of three-dimensional digital images by X-ray computed micro-tomography. In the framework of a Galerkin, finite element discretization of the displacement field, the inverse problem of estimating 3D motion inside the bulk material is solved recursively on a hierarchical family of grids, linked by suitable restriction and prolongation operators. Such structured grids are defined over an image pyramid, which is generated starting from the raw tomographic reconstructions by a reiterated application of average filters and sub-sampling operators. To achieve robust estimates of the underlying displacement fields, multi-grid cycles are performed ascending and descending along the pyramid in a selected sequence. At each scale, the least-square matching function for DIC is enriched by means of a penalty term in the spirit of Tychonoff regularization, including as a priori information the estimate achieved at the previous grid and transferred to the current scale. For each grid only one Newton iteration can be considered, implying important time savings. Results are presented concerning a laboratory X-ray micro-tomography experiment on a polymeric foam sample, subjected to loading by an apparatus ad-hoc realized.

6

Hyperelastic behavior of cellular structures based on micromechanical modeling at small strain

Janus-Michalska M.

Archives of Mechanics

|

2011

|

Vol. 63, nr 1

3-3

EN

The present paper extends recent effective, linear anisotropic elasticity model [6, 7] for cellular materials by implying geometric nonlinearity, which is built as the constitutive relation between Green’s Lagrangean strain in the tensor and the second Piola–Kirchhoff stress tensor and strain potential formulation. Cellular materials may easily experience large deformations due to large pores-to-volume ratio, since such a deformation on the macroscopic level usually requires smaller deformations of the individual struts constituting the skeleton. The formulation based on micromechanical modeling assumes that essential macroscopic features of mechanical behavior on a macro scale, can be inferred from the deformation response of a representative volume element. Open-cell materials with diverse regular skeleton structures are considered. The initial stiffness tensor components for anisotropic continuum are expressed as fuctions of microstructural parameters, such as skeleton geometric data of representative volume element and skeleton material properties. Since large strains in skeleton structure are characteristic for elasto-plastic behavior, interest is focused on the large displacement and small strain cases. Examples involving numerical tests on cellular materials under homogenoeous strain, relevant to simple shearing and to uniaxial or biaxial loading in the tensile and compressive range, are considered.

7

Porównanie analitycznych wyników obliczeń z energetycznego kryterium wytężenia Rychlewskiego z dostępnymi danymi doświadczalnymi dla materiałów komórkowych

Kordzikowski P.

Czasopismo Techniczne. Budownictwo

|

2010

|

R. 107, z. 4-B

39-55

PL

Celem artykułu jest porównanie wyników analitycznych obliczeń uzyskanych z energetycznego kryterium wytężenia dla sprzężonych sprężystych stanów własnych na przykładzie wybranych materiałów anizotropowych z wykorzystaniem wyników badań doświadczalnych. W pracy [1] wyznaczono powierzchnie graniczne odpowiadające energetycznemu kryterium J. Rychlewskiego [2, 3] na przykładzie struktur o powtarzającym się elemencie: sześcianu, prostopadłościanu, pryzmy o podstawie trójkąta równobocznego i sześciokąta foremnego. Przyjęto struktury komórkowe o powtarzającym się regularnym układzie prętów połączonych w sztywnym węźle. W artykule przedstawiono porównanie otrzymanych powierzchni granicznych dla rozważanych struktur komórkowych z dostępnymi z literatury danymi doświadczalnymi.

EN

The aim of the paper is to compare the results of analytical calculations made on the basis of energy-based criterion of material effort for coupled elastic eigen-states. Some examples of chosen anisotropic materials with available experimental data are applied by that. In [1] the limit surfaces corresponding to the energy-based criterion of elastic limit proposed by J. Rychlewski [2, 3] for certain examples of regular cellular structures with repeating unit cell of the skeleton in the form of a cube, a cuboid, a simple prism with the base of equilateral triangle, and a simple prism with the base of regular hexagon were determined. The morphology of the skeleton in a particular unit cell was modelled by means of the struts joined in a rigid node. The paper deals with comparison of the elastic limit surfaces obtained from the own calculations for considered cellular materials having the regular cell structures with the available in the literature experimental data.

8

Structural analysis of aluminum skeleton castings

Cholewa M., Dziuba-Kałuża M.

Archives of Foundry Engineering

|

2008

|

Vol. 8, iss. 3

29-36

EN

In this article authors showed method for manufacturing of skeleton castings with continuous external surface. Wall thickness of the external surface was 6 mm. The experimental casting was manufactured in order to verify the results of filling mould cavity which were obtained by numerical simulation. The aluminosilicate core was used to produce experimental aluminum skeleton castings with dimensions of (115x65x136) mm. Lower ingate with vertical getting system was used. On based on numerical simulations and preliminary experimental tests technological conditions were determined, which enables obtained castings on repeatable satisfactory geometry and requirement quality. Degree of refinement of structure in typical region of skeleton casting was compared. Qualitative and quantitative different degree of fineness of eutectic was confirmed. Selection of modification conditions AlSi alloy of skeleton casting is necessary. Based on tests, which were performed authors deduced, that manufacturing of skeleton castings is possible with use of traditional casting technology, without use of expensive laboratory – devices, with applied classical gating system and typical pouring temperature of Al alloys (ex. 740°C).

9

Warunki wytwarzania i postać geometryczna odlewów szkieletowych

Dziuba M., Kondracki M., Cholewa M.

Archiwum Odlewnictwa

|

2006

|

R. 6, nr 22

178-185

PL

Przedstawiono dobór geometrii odlewu szkieletowego przeznaczonego do badań modelowych, symulacji zalewania i krzepnięcia oraz własności mechanicznych. Porównano wpływ ciśnienia metalostatycznego stopu aluminium i żeliwa na zapełnianie wnęki formy odlewniczej. Przedstawiono różnice w technologicznych własnościach badanych stopów na wypełnienie wnęki formy. Wykazano wpływ innych czynników poza ciśnieniem na uzyskanie odlewu szkieletowego.

EN

In this work geometry selection for model skeleton casting was shown. This model was used for properties investigation and numerical simulation. Comparison of metalostatic pressure was conducted for Al alloy and cast iron. Influence of technological properties of studied alloys on cavity filling and skeleton casting creation was indicated.

10

Porównanie energetycznych kryteriów wytężenia dla sprzężonych i rozłącznych sprężystych stanów własnych na przykładzie wybranych materiałów anizotropowych

Kordzikowski P., Pęcherski R.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2005

|

R. 50, nr 10-11

566-571

PL

Wykorzystano wyniki badań dostępne w literaturze wraz z własnymi symulacjami numerycznymi procesów deformacji różnych struktur komórkowych do porównania dwóch energetycznych kryteriów wytężenia. Zastosowano przy tym analityczne wyprowadzenia dla granicznych gęstości energii sprężystej podane w [1]. Pierwsze z kryteriów zaproponowane przez J. Rychlewskiego [2, 3] związane jest ze sprzężonymi sprężystymi stanami własnymi. Drugie natomiast podane w pracy [4] sformułowano dla rozłącznych sprężystych stanów własnych. Przedstawiono graficzne prezentacje powierzchni granicznych, które zostały otrzymane dla różnych struktur komórkowych z zastosowaniem obu kryteriów.

EN

The experimental results available in the literature and own numerical simulations of deformation processes in cellular structures of different symmetry with use of the derivations of the limit energy densities given in [1 ] are applied to compare two energy-based criteria of material effort. The first one proposed by J. Rychlewski [2, 3] is related with the coupled elastic states. The second one introduced in [4] is formulated for disjoint elastic states. The limit surfaces for different cellular structures with the application of both criteria are presented.

11

Specification of energy-based criterion of elastic limit states for cellular materials

Kordzikowski P., Janus-Michalska M., Pęcherski R. B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2005

|

Vol. 50, iss. 3

619-634

EN

The aim of the paper is to apply the energy-based criterion of limit states in anisotropic elastic solids proposed by Rychlewski [5] for prediction of elastic limit states in cellular materials. The analysis is based on elastic model of a skeleton and an idealized description of topological arrangement of cell structure for cellular materials. The considered unit cells have, respectively, the form of a cube, a cuboid, a simple prism with the base of equilateral triangle, and a simple prism with the base in the form of regular hexagon. The morphology of the skeleton in a particular unit cell modeled by means of the struts joined in a rigid node determines the elastic stiffness and its symmetry: cubic symmetry, orthotropy and transversal symmetry. An analytical formulation of force-displacement relations for the skeleton struts is found by considering the affinity of node displacements in tensile, bending, and shear deformation. The elements of the stiffness matrix for a single cell are expressed as functions of the compliance coefficients for stretching and bending of struts. The analytical formulae for the elastic Kelvin moduli and the critical energy densities as well as the graphical presentation of the results were obtained with application of symbolic operations provided by Mathcad program. The distributions of critical energy density of particular elastic eigen states with respect to the change of the stiffness of the skeleton were studied.

PL

Celem pracy jest zastosowanie energetycznego kryterium stanów granicznych w anizotropowych ciałach sprezystych, które zostało zaproponowane przez Rychlewskiego [5] do określenia sprężystych stanów granicznych w materiałach komórkowych. Podstawę analizy stanowi model sprężystego zachowania się materiałów komórkowych o elementarnej komórce w kształcie sześcianu, prostopadłoscianu, pryzmy o podstawie trójkata równobocznego i sześciokąta foremnego. Przyjęto struktury komórkowe o powtarzającym się regularnym układzie prętów połączonych w sztywnym węźle, które mogą odkształcać się sprężyście pod wpływem sił osiowych lub momentów gnących i sił poprzecznych. Taki układ charakteryzuje sie sztywnością, która może determinować sprężyste własności o symetrii kubicznej, ortotropowej lub transwersalnej. Zaproponowano analityczny sposób wyznaczenia gęstości energii granicznych oraz przedstawiono geometryczną reprezentację zgromadzonej energii w poszczególnych stanach własnych przy jednoosiowym rozciąganiu. Wykorzystano przy tym program do obliczeń symbolicznych Mathcad. Przeprowadzono również analizę wpływu sztywności struktury na rozkład gęstości energii granicznych dla poszczególnych stanów własnych.

12

Effective models describing elastic behaviour of cellular materials

Janus-Michalska M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2005

|

Vol. 50, iss. 3

595-608

EN

The aim of this paper is to formulate an effective anisotropic continuum for cellular materials based on micromechanical modeling. It corresponds to recent trend, of searching for advanced materials tailored to special requirements, which is based on intrinsic relation between structure and macroscopic properties. Open-cell materials with diverse structures representing different types of symmetries are considered. It is assumed that essential macroscopic features of mechanical behaviour can be inferred from the deformation response of a representative volume element. The structural mechanics methods are applied for a beam model of skeleton. An analytical formulation of force-displacement relations for the skeleton struts is found by considering the affinity of nodal displacement in tensile, bending and shear deformations. The concept of multiscale modeling leads to formulation of equivalent continuum as an effective model. Such an approach is typical for micromechanics. The stiffness tensor may be produced for anisotropic solid depending on material properties of the solid phase and topological arrangement of a cellular structure using the micro-macro transition. The analysis based on the assumption of linear elasticity leads to the analytical solution. Graphical representation of choosen material constants is performed. The possibility to model the influence of morphology and topology parameters is studied. The proposed theoretical framework of micromechanical modeling can be extended to nonlinear behaviour, plasticity and failure analysis. For such problems numerical approach is required.

PL

Poszukiwanie nowych wielofunkcyjnych materiałów odpowiada najnowszym tendencjom tworzenia materiałów o założonych z góry własnościach w tym również własnościach mechanicznych. Takie modelowanie oparte jest na znajomości relacji pomiędzy strukturą wewnętrzną a własnościami materiału w skali makro. Ustalenie tych relacji jest podstawowym zadaniem, którego rozwiązanie prowadzi do skonstruowania modelu efektywnego. Obiektem rozważań są materiały komórkowe o komórkach otwartych, które tworzą szkielet mikrostruktury o regularnym przestrzennym układzie oraz pianki charakteryzujące się układem nieregularnym. Własności mechaniczne takich struktur można wyznaczyć w oparciu o szczegółową analizę komórki reprezentatywnej, z postaci której można wnioskować o symetrii materiału. W pracy zastosowano typową dla mikromechaniki koncepcję modelowania dwuskalowego, która prowadzi do sformułowania continuum zastepczego jako modelu efektywnego. Analizę kinematyczną w strukturze przeprowadzono przy spostrzeżeniu podobieństwa przemieszczeń względnych komórek dla jednorodnych stanów odkształceń materiału w skali makro. Szkielet struktury modelowano jako belkę Timoshenki wyprowadzając relacje siła-przemieszczenie w szkielecie poprzez sztywnosci osiowe i giętne belek. Dla określenia naprężenia efektywnego continuum zastosowano definicje uśrednionych naprężeń rzeczywistych w szkielecie. Powyższy algorytm pozwala wyznaczyć składowe tensora sztywności dla materiału anizotropowego jako funkcje sztywności elementów składowych i parametrów opisujących geometrię komórki reprezentatywnej. Praca zawiera prezentację graficzną wybranych stałych materiałowych dla poszczególnych struktur ze wskazaniem na możliwość modelowania wskazanych własności sprężystych materiału.

13

Analiza wpływu wytrzymałości prętów sześciennej struktury komórkowej na rozkład granicznych energii

Kordzikowski P., Janus-Michalska M., Pęcherski R.B.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2004

|

R. 49, nr 3

114-120

PL

Celem pracy jest zbudowanie efektywnego modelu sprężystego zachowania się materiałów komórkowych oraz zastosowanie energetycznego kryterium J. Rychlewskiego do określenia stanu granicznego, który w tym wypadku odpowiada osiągnięciu granicy liniowej sprężystości. Przyjęto sześcienną strukturę komórkową o powtarzającym się regularnym układzie sześciu prętów połączonych w sztywnym węźle. Pręty mogą odkształcać się sprężyście pod wpływem sił osiowych lub momentów gnących sił poprzecznych. Wyznaczono w sposób analityczny moduły sprężyste oraz krytyczne energie dla trzech sprężystych stanów własnych. Zbadano możliwości modelowania rozkładu sztywności struktury z punktu widzenia energii krytycznych. Jako przykład do rozważań przyjęto na podstawie literatury strukturę kości gąbczastej, której budowa może być przynajmniej w przybliżeniu opisana omawianą sześcienną strukturą komórkową. Podobną analizę można przeprowadzić z większym lub mniejszym przybliżeniem także dla charakteryzujących się strukturą komórkową materiałów ceramicznych, polimerów oraz intermetalików.

EN

This work was aimed to develop a model of an elastic behaviour of cellular materials and to apply Rychlewski's energy criterion in the determination of a state of transition corresponding in this case to the limit of linear elasticity. A hexahedronal cellular structure with a repeated regular arrangement of six bars connected in a rigid node has been assumed. The bars can deform elastically under the influence of axial forces, bending moments or shearing forces. Coefficients of elasticity and critical energies for three elastic eigenstates have been determined analytically. The possibility of modelling structure rigidity distribution from the point of view of critical energies was studied. A spongy bone structure known from the literature, which can be approximately described by the hexahedronal cell structure, was taken as an example in analysing the problem. It is possible to perform similar approximate analysis for the ceramic, polymer and intermetallic materials characterised by a cellular structure.