Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Mechanical and corrosion properties of highly porous Ta-Nb-Sn alloy for intervertebral disc in spinal applications

Atay Berk, Mutlu Ilven

Materials Science Poland

|

2023

|

Vol. 41, No. 4

95--106

EN

In this study, low Young’s modulus, highly porous Ta-Nb-Sn alloy foam was manufactured by using the space holder method. The aim of this study is development of an alloy with high wear resistance, with Young’s modulus, with good imaging (MRI, CT) properties, and with high bioactivity. Ta alloy foam can be used in spinal applications (intervertebral disc) or dental applications. The space holder method enables the manufacturing of open-cell foam with a low elastic modulus. Powder mixtures were prepared through mechanical alloying. Carbamide was used to form pores. Ta has suitable strength, ductility, corrosion resistance, and biocompatibility. Ta has high price, however, and a high melting temperature, high activity, and high density. Nb addition lowered the melting temperature, elastic modulus, and cost of using Ta. The sinterability of Ta was enhanced by Sn addition. The corrosion behaviour of Ta alloy was examined. Young’s modulus was determined by compression and ultrasonic tests. Tomography and radiography tests were also used.

2

Thermoelastic vibration characteristics of asymmetric annular porous reinforced with nano-fillers microplates embedded in an elastic medium: CNTs Vs. GNPs

Arshid Ehsan, Amir Saeed, Loghman Abbas

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2023

|

Vol. 23, no. 2

art. no. e100, 2023

EN

Due to the vast usage of metal foam structures in branches of science, reinforcing them with nano-fillers makes them more convenient. Hence, in the current study, vibration characteristics of functionally graded porous nanocomposite (FGPN) annular microplates are taken into consideration. Two kinds of nano-fillers, namely Carbon nanotubes (CNTs) and Graphene nanoplatelets (GNPs), are selected as the reinforcements to analyze and compare their effect on the microstructure’s vibrational response. The mentioned nano-fillers are dispersed according to four patterns which affect various mechanical properties of the structure. Similarly, based on given functions which are called porosity distributions, pores are placed in thickness course of the microstructure. Then, its properties are determined via employing Halpin-Tsai and extended rule of mixture micromechanics models. Using the first-order shear deformation theory (FSDT), modified couple stress theory (MCST), and Hamilton’s principle for dynamic systems, governing motion equations and related boundary conditions are derived in asymmetric state, and then, they are solved, and natural frequencies and corresponding mode shapes are extracted with the help of generalized differential quadrature method (GDQM). By validating the results in simpler conditions, effects of the most important parameters are examined. It is found that GNPs are more effective in reinforcing the structure than CNTs. Also, about 15~18 percent reduction in frequencies is seen by increasing the porosity up to seventy percent.

3

Nonlinear resonance of axially moving graphene platelet-reinforced metal foam cylindrical shells with geometric imperfection

Ding Hao-Xuan, She Gui-Lin

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2023

|

Vol. 23, no. 2

art. no. e97, 2023

EN

The present work pays attention to the primary resonance of axially moving graphene-reinforced mental foam (GPLRMF) cylindrical shells with geometric imperfection. Porosities and graphene platelets (GPLs) are uniformly or non-uniformly distributed along the thickness direction of the cylindrical shell. Considering the influences of initial geometric imperfection and axial velocity, the equivalent elastic modulus is calculated by Halpin-Tsai model, and the equivalent density and Poisson’s ratio are described by the mixture rule. Using the energy principle, the nonlinear equations of motion are derived. Considering two different boundary conditions, the nonlinear primary resonance response is obtained using the modified Lindstedt Poincare (MLP) method. The results indicate that the MLP method can effectively overcome the limitation of traditional perturbation method. In the end, we study the effects of the GPLs distribution patterns, GPLs weight fraction, the porosity coefficient, axial velocity, initial geometric imperfection, and the prestressing force on the resonance problems. It can be found that the presence of initial geometric imperfection can alter the frequency response curve from the characteristics of the hard spring to the soft spring.

4

A parametric analysis of free vibration and bending behavior of sandwich beam containing an open-cell metal foam core

Garg A., Chalak H. D., Belarbi M. O., Zenkour A. M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2022

|

Vol. 22, no. 1

art. no. e56, 2022

EN

Free vibration and bending behavior of sandwich beams containing open-cell metal foam core are studied in the present work using zigzag theory. Hamilton’s principle and the principle of minimum potential energy are applied for determining the governing equations for free vibration and bending behavior, respectively. Three types of distribution of pores are used during the present study. The influence of the distribution of pores, end condition, thickness of the core, foam coefficients on beam behavior is studied in detail. The face sheets are assumed to be made up of the same material like foam. It was noticed that the nature of the distribution of pores and the end conditions widely determine the behavior of the beam.

5

Analytical, FEM-numerical and experimental studies of bending of a sandwich plate-strip with metal foam core

Magnucki Krzysztof, Alsdorf Dennis, Lewiński Jerzy, Kowalski Michał, Richter Alexander, Zbierski Andrzej

Pojazdy Szynowe

|

2020

|

Nr 3

1--10

EN

The subject of the study is a sandwich plate-strip subjected to a four-point load. An analytical model of the strip was developed, taking into account the classical zig-zag theory, namely the broken line hypothesis. Three parts of the plate-strip are distinguished: two of them are the edge parts, where bending and the shear effect is considered, the third one is the middle part subjected to pure bending. The total maximum deflection of the plate-strip and the maximum deflection of the selected middle part of the plate-strip are calculated. The FEM-numerical study is carried out similarly to the analytical approach. The experimental study was carried out on the test stand in the Institute of Rail Vehicles TABOR. The analytical, numerical and experimental results are compared each with other. The sandwich panels can be used as parts of the floor or rail vehicle paneling.

6

Analityczne, numeryczne (MES) i doświadczalne badanie zginania trójwarstwowego pasma płytowego z rdzeniem z pianki metalowej

Magnucki Krzysztof, Alsdorf Dennis, Lewiński Jerzy, Kowalski Michał, Richter Alexander, Zbierski Andrzej

Pojazdy Szynowe

|

2020

|

Nr 3

11--19

PL

Przedmiotem badań jest trójwarstwowe pasmo płytowe poddane czteropunktowemu zginaniu. Opracowano analityczny model tego pasma, korzystając z klasycznej teorii linii łamanej nazywanej teorią Zig-Zag. W paśmie tym wyróżniono trzy przedziały: dwa brzegowe, w których występuje zginanie i ścinanie oraz jeden środkowy, w którym występuje czyste zginanie. Wyznaczono całkowite ugięcie maksymalne pasma płytowego oraz maksymalne ugięcie odcinka środkowego. Przeprowadzono obliczenia numeryczne metodą elementów skończonych (MES) dla takiego samego modelu pasma, jak wyżej wspomniany model analityczny. Próbę doświadczalną przeprowadzono na stanowisku badawczym w Instytucie Pojazdów Szynowych. Porównano wyniki badań analitycznych, numerycznych i doświadczalnych. Analizowane płyty warstwowe mogą być stosowane, m. in. jako części podłogi lub poszycia pojazdu szynowego.

7

Optimization of the Morphological Parameters of a Metal Foam for the Highest Sound Absorption Coefficient Using Local Search Algorithm

Jafari Mohammad Javad, Khavanin Ali, Ebadzadeh Touraj, Fazlali Mahmood, Sharak Mohsen Niknam, Madvari Rohollah Fallah

Archives of Acoustics

|

2020

|

Vol. 45, No. 3

487--497

EN

Due to its unique features, the metal foam is considered as one of the newest acoustic absorbents. It is a navel approach determining the structural properties of sound absorbent to predict its acoustical behavior. Unfortunately, direct measurements of these parameters are often difficult. Currently, there have been acoustic models showing the relationship between absorbent morphology and sound absorption coefficient (SAC). By optimizing the effective parameters on the SAC, the maximum SAC at each frequency can be obtained. In this study, using the Benchmarking method, the model presented by Lu was validated in MATLAB coding software. Then, the local search algorithm (LSA) method was used to optimize the metal foam morphology parameters. The optimized parameters had three factors, including porosity, pore size, and metal foam pore opening size. The optimization was applied to a broad band of frequency ranging from 500 to 8000 Hz. The predicted values were in accordance with benchmark data resulted from Lu model. The optimal range of the parameters including porosity of 50 to 95%, pore size of 0.09 to 4.55 mm, and pore opening size of 0.06 to 0.4 mm were applied to obtain the highest SAC for the frequency range of 500 to 800 Hz. The optimal amount of pore opening size was 0.1 mm in most frequencies to have the highest SAC. It was concluded that the proposed method of the LSA could optimize the parameters affecting the SAC according to the Lu model. The presented method can be a reliable guide for optimizing microstructure parameters of metal foam to increase the SAC at any frequency and can be used to make optimized metal foam.

8

Wpływ obecności piany metalowej w rurze na hydrodynamikę przepływu układu dwufazowego gaz-ciecz

Szydłowska A., Hapanowicz J.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2018

|

Nr 4

118--119

PL

Przedstawiono wyniki badań dotyczących hydrodynamiki przepływu układu gaz-ciecz w rurze poziomej wypełnionej pianą metalową. Podczas badań mierzono opory przepływu układu powietrzewoda na odcinku rury wypełnionej pianą metalową. Otrzymane wyniki pomiarów porównano z wartościami oporów przepływu obliczonymi zgodnie z modelami zarówno powszechnie uznanymi dla przepływu układów dwufazowych w pustej mrze, jak i odnoszącymi się do ich przepływu przez ośrodki porowate. Analiza zmierzonych i obliczonych wartości oporów przepływu dała podstawę do oceny wpływu obecności piany metalowej w rurze na hydrodynamikę przepływu układu gaz-ciecz.

EN

Measurements results related to the hydrodynamics of gas-liquid system flow are presented. During the research, the pressure drop of air-water system flow through a pipe section filled with metal foams was measured. The obtained results were compared with pressure drop values calculated according to commonly recognized models for twophase flow through an empty pipe as well as models relating to twophase flow through porous media. The analysis of measured and calculated pressure drop values led to the assessment of influence of metal foam presence in a pipe on two-phase flow hydrodynamics.

9

Optimizing of Metal Foam Design for the Use as a Heat Exchanger

Radkovský F., Gebauer M., Merta V.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 4

1875--1881

EN

The work deals with possibilities of using this specific material. It is focused on cast metal foams with a regular arrangement of internal cells and it refers to already used casting technologies – the production of metal foams with the aid of sand cores. Metal foams are used in many industries, such as: automotive, aerospace, construction, power engineering. They have unique propertiesand due to lower weight with sufficient strength and greater contact surface can be used, for example, for the conduction of heat. This article deals with the use of the metal foam as a heat exchanger. The efficiency of the heat exchanger depends on its shape and size and therefore the study is focused first on the optimization of the shape before the proper manufacture.

10

Model geometryczny piany metalowej

Kos M.

Zeszyty Naukowe. Mechanika / Politechnika Opolska

|

2017

|

z. 108

61--64

EN

In this paper, the transformation parameters of the microscopic method to the parameters of macroscopic methods is presented. As simulated model assumed an open-cell of metal foam. The Kelvin’s tetrakaidecahedon topology model was used. The result of this work was the creation of a chart describing of relationships: strut diameter, diameter of cell, porosity and relative surface area.

11

The Application of Friction Stir Processing to the Fabrication of Magnesium-Based Foams

Azizieh M., Pourmansouri R., Balak Z., Kafashan H., Mazaheri M., Kim H. S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 4

1957--1962

EN

In the present paper, friction stir processing (FSP) is used to fabricate magnesium-based nanocomposite foams. The effects of the number of FSP passes, TiH2 to Al2O3 weight ratio, and foaming temperature; on the pore distribution and porosity are described. The results indicate that a minimum TiH2 to Al2O3 weight ratio is necessary to provide the best pore distribution and porosity. Closed-cell porous magnesium with a porosity of about 17.5% was successfully fabricated using 4-pass FSP at 800 rpm, by adding 5 mass% TiH2 and 3.5 mass% Al2O3; at a holding temperature of 858 K, and a holding time of 45 min.

12

Numerical and experimental study of the mechanical response of aluminum foams under compressive loading using CT data

Mohammadi Nasrabadi A. A., Hedayati R., Sadighi M.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2016

|

Vol. 54 nr 4

1357--1368

EN

Metal foams are relatively novel materials that due to excellent mechanical, thermal, and insulation properties have found wide usage in different engineering applications such as energy absorbers, bone substitute implants, sandwich structure cores, etc. In common numerical studies, the mechanical properties of foams are usually introduced to FE models by considering homogenized uniform properties in different parts of a foamy structure. However, in highly irregular foams, due to complex micro-geometry, considering a uniform mechanical property for all portions of the foam leads to inaccurate results. Modeling the micro-architecture of foams enables better following of the mechanisms acting in micro-scale which would lead to more accurate numerical predictions. In this study, static mechanical behavior of several closed-cell foam samples has been simulated and validated against experimental results. The samples were first imaged using a multi-slice CT-Scan device. Subsequently, experimental compression tests were carried out on the samples using a uniaxial compression testing machine. The CT data were then used for creating micro-scale 3D models of the samples. According to the darkness or brightness of the CT images, different densities were assigned to different parts of the micro-scale FE models of the foam samples. Depending on density of the material at a point, the elastic modulus was considered for it. Three different formulas were considered in different simulations for relating the local elastic modulus of the foam material to density of the foam material at that point. ANSYS implicit solver was used for the simulations. Finally, the results of the FE models based on the three formulas were compared to each other and to the experimental results to show the best formula for modeling the closed-cell foams.

13

Strength of the three layer beam with two binding layers

Smyczyński M. J., Magnucka-Blandzi E.

Archives of Civil Engineering

|

2016

|

Vol. 62, nr 3

189--206

EN

The paper is devoted to the strength analysis of a simply supported three layer beam. The sandwich beam consists of: two metal facings, the metal foam core and two binding layers between the faces and the core. In consequence, the beam is a five layer beam. The main goal of the study is to elaborate a mathematical model of this beam, analytical description and a solution of the three-point bending problem. The beam is subjected to a transverse load. The nonlinear hypothesis of the deformation of the cross section of the beam is formulated. Based on the principle of the stationary potential energy the system of four equations of equilibrium is derived. Then deflections and stresses are determined. The influence of the binding layers is considered. The results of the solutions of the bending problem analysis are shown in the tables and figures. The analytical model is verified numerically using the finite element analysis, as well as experimentally.

PL

Wielowarstwowe konstrukcje są badane od wielu lat i wytwarzane z różnych materiałów, w szczególności rdzeń z materiałów porowatych, komórkowych czy tworzyw sztucznych, w tym pianek metalowych. Szczególne znaczenie w budowie maszyn lub budownictwie mają te konstrukcje, które charakteryzują się dużą wytrzymałością przy stosunkowo niewielkiej masie. Takimi konstrukcjami są właśnie struktury warstwowe, których gęstość rdzenia jest znacznie mniejsza od gęstości okładzin. Z uwagi na ich charakterystyczne własności, takie jak odporność na obciążenia dynamiczne czy absorpcja akustyczna, są szeroko stosowane chociażby w budowie satelitów, statków kosmicznych, przemyśle lotniczym, samochodowym, kolejowym i stoczniowym. Konstrukcje warstwowe wytwarzane są również współcześnie, a ich modelowanie jest nadal aktualnym tematem badań, co jest zauważalne w licznych publikacjach. Przedmiotem pracy jest analiza wytrzymałości pięciowarstwowej belki, której warstwy zewnętrzne (okładziny) połączone są z rdzeniem wykonanym z pianki aluminiowej cienkimi warstwami. Właściwości mechaniczne i fizyczne są różne dla każdej z warstw.

14

Udział objętościowy faz w mieszaninie dwufazowej gaz-ciecz przepływającej przez kanał wypełniony pianą metalową

Płaczek M., Dyga R., Witczak S.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2015

|

Nr 6

348--349

PL

Przedstawiono wyniki badań doświadczalnych udziału objętościowego gazu w przepływie dwufazowym powietrze-woda oraz powietrze-olej przez poziomy kanał wypełniony pianą aluminiową. Zbadano trzy piany o gęstości upakowania porów 20, 30 i 40 PPI. Zmiany wartości udziałów objętościowych powiązano ze strukturami prze pływu. Wyniki badań wskazują na brak istotnego wpływu parametrów strukturalnych piany metalowej na wartość udziału objętościowego faz.

EN

The paper presents the experimental results of gas void fraction in air-water and oil-water two-phase flow through a horizontal channel filled with aluminum metal foam. Three metal foams with the pore density equal to 20, 30 and 40 PPI were examined. A change of void fraction values in given flow conditions was coupled with flow patterns. The research results indicate that there is no significant effect of metal foam structural parameters on void fraction.

15

Ocena metod wyznaczania udziałów objętościowych faz w odniesieniu do przepływu gaz-ciecz w kanałach wypełnionych pianami metalowymi

Płaczek M., Dyga R.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2015

|

Nr 6

346--347

PL

Przedstawiono wyniki badań udziału objętościowego gazu w przepływie powietrze-olej przez poziomy kanał wypełniony pianą aluminiową (20, 30 i 40 PPI). Ocena statystyczna metod obliczeniowych opracowanych dla ośrodków porowatych wykazała, że nie pozwalają one przewidywać wartości udziałów objętościowych faz w przepływie przez kanały wypełnione pianą z zadowalającą dokładnością. Ocena modeli opracowanych dla przepływów przez kanały niewypełnione wykazała, że najlepszą zgodność danych eksperymentalnych z obliczonymi otrzymano wykorzystując modele GE RAMP oraz Zubera-Findlaya.

EN

Experimental results of gas void fraction in air – oil two-phase flow through a horizontal channel filled with aluminum metal foam (20, 30 and 40 PPI) are presented in the paper. A statistical evaluation of methods used for the calculation of gas void fraction in porous media indicated incapability of predicting such values in foam packing channels with acceptable accuracy. The evaluation of models developed for the flow through channels without packing showed that the best agreement between experimental and calculated gas void fraction values was obtained using the GE RAMP and Zuber-Findlay models.

16

Technologia spieniania kompozytu metalowo-ceramicznego

Gawdzińska K., Grabian J.

Archives of Foundry Engineering

|

2015

|

Vol. 15, iss. 3 spec.

132--137

PL

W pracy opisano proces wytwarzania metalowo-ceramicznych pian kompozytowych w Instytucie Nauk Podstawowych Technicznych, Akademii Morskiej w Szczecinie. Przedstawiono rozwiązania konstrukcyjne dotyczące wdmuchiwania gazu, odbioru piany, formowania wyrobu oraz konstrukcję prototypowego urządzenia spieniającego kompozyty o osnowie ze stopu aluminium i zbrojeniu SiC w postaci cząstek. Praca ta jest fragmentem badań w ramach projektów badawczych realizowanych w wymienionej jednostce a przedstawione rozwiązania są opatentowane.

EN

This article presents the process of production of metal-ceramic foams in Basic Technological Sciences Institute, Maritime University of Szczecin. It also describes structural solutions for Gass insufflation, foam Deception, product forming and construction of prototype device which lathers composites with warp of aluminium alloy and SiC reinforcement in the form of particles. This article is a part of research of a project realized in unit mentioned above and presented solutions are patented.

17

Problemy lutowania pian aluminiowych

Nowacki J., Grabian J., Krajewski S.

Przegląd Spawalnictwa

|

2014

|

R. 86, nr 1

7--12

PL

Komórkowa struktura i wyjątkowe cechy pian aluminiowych są przyczyną problemów z ich lutowaniem. W artykule przedstawiono metody wytwarzania, strukturę, właściwości i zastosowanie pian aluminiowych. Scharakteryzowano również sposoby cięcia pian wodą, laserem i obróbką elektroerozyjną, jako metod przygotowania brzegów do lutowania oraz techniki łączenia pian: mechanicznych i spawalniczych ze szczególnym naciskiem na ich lutowanie miękkie i twarde. Określono ograniczenia i możliwości lutowania pian aluminiowych.

EN

The cellular structure and unique properties of aluminum foams cause problems with their cutting and bonding. This paper describes the production methods, structure, properties and application of aluminum foams. It also discusses foam cutting methods such as water jet, laser and electrical discharge machining as means of edge preparing for brazing and soldering. Among methods of foam mechanical and weld joining, particular focus is put on brazing and soldering techniques. The limitations and possibilities of aluminum foam brazing and soldering are characterised.

18

Fabrication of Open Cell Fe-10%Al Foam by Space-Holder Technique

Golabgir M. H., Ebrahimi-Kahrizsangi R., Torabi O., Saatchi S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 1

41--45

EN

In this paper, fabrication of open-celled porous Fe-10%A1 foam by space-holder technique in which NaCl powder and polyester resin were utilized as space holder and binder respectively to generate 30-80% porosities was studied. FeAl solid solution was prepared via mechanical alloying method after 25 h high energy milling process. The results indicate that the size and shapes of the pores are determined by the size and shapes of NaCl particles. Also, when compaction pressure was in the range of 70-150 MPa and the sintering process was performed at temperature around 1100°C, the samples had the best quality. Microstructure observations show the pore size was in the range of 200-500 μm.

PL

W niniejszej pracy badano wytwarzanie techniką wypełniacza przestrzeni piany Fe-10%Al o otwartej porowatości, w której proszek NaCl i Żywicę poliestrową wykorzystano odpowiednio w roli wypełniacza porów i spoiwa do wytworzenia piany o 30-80% porowatości. Roztwór stały FeAl został wytworzony poprzez mechaniczne stopowanie przez 25 h w trakcie wysokoenergetycznego mielenia. Wyniki wskazują, że rozmiar i kształt porów determinowany jest przez wielkość i kształt cząstek NaCl. Ponadto, gdy ciśnienie prasowania było w zakresie 70-150 MPa a proces spiekania prowadzono w temperaturze około 1100°C. próbki miały najwyższą jakość. Obserwacje mikrostruktury wykazały, że rozmiar porów mieścił się w zakresie 200-500 μm.

19

Zastosowanie analogii biologicznej do kształtowania postaci konstrukcyjnej elementów nośnych urządzenia egzoszkieletowego

John M., Skarka W.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2014

|

z. 8

63--68

PL

W pracy omówiono jeden z problemów pojawiających się przy konstruowaniu egzoszkieletu. Omówiono możliwość zastosowania konstrukcji lekkich. Dokładniej skupiono się na strukturze opartej na budowie kości, strukturze typu sandwicz z rdzeniem typu pianoaluminium oraz na strukturze typu plaster miodu. Przedstawiono przeprowadzone już badania numeryczne oraz planowane. Na podstawie otrzymanych wyników zaproponowano wprowadzenie wzmocnień każdej ze struktur.

EN

This paper discusses one of the problems emerging in the design of the exoskeleton. Discussed the possibility of lightweight construction. More specifically focuses on the structure based on the bone structure, a sandwich-type structure with a core foam aluminum and type honeycomb structure. The paper presents numerical studies have been carried out and planned. On the basis of the results proposed the introduction of reinforcements for each property.

20

Phenomenological modeling of mechanical properties of metal foam

Wegner T., Kurpisz D.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2013

|

Vol. 51 nr 1

203--214

EN

In this paper, constitutive relations for metal foam under complex load are introduced using a phenomenological concept. On the basis of stress-strain and transversal-longitudinal strain dependencies in uniaxial tests, a form of the function for strain energy density is specified, and further, the criterion for loss of stability due to the occurrence of plastic flow is defined. The theoretical investigations are illustrated by a short numerical example.

PL

W niniejszej pracy, bazując na fenomenologicznym sposobie podejścia, wyprowadzono związki konstytutywne piany metalowej poddanej złożonemu stanowi obciążenia. Na podstawie zależności naprężenia oraz odkształcenia poprzecznego od odkształcenia podłużnego uzyskanych w jednoosiowych próbach, wyznaczono wzór opisujący funkcję gęstości energii wewnętrznej, a następnie sformułowano analityczną postać kryteriów zniszczenia materiału ze względu na wystąpienie plastycznego płynięcia. Rozważania teoretyczne zilustrowano prostym przykładem numerycznym.