Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Effective conductivity of particle-reinforced composites with cracks at particle-matrix interface

Krzaczek B., Ryłko N., Kurtyka P.

Composites Theory and Practice

|

2018

|

R. 18, nr 2

115--120

EN

In the present paper, a new approximate analytical formula for the effective conductivity of 2D dilute composites with poorly conducting circular inclusions and cracks on the interface between the inclusions and the matrix is established. This formula is proved by Maxwell's approach and Keller's identity using advanced complex analysis. The obtained formula is used to determine the effective thermal conductivity of a composite material being an aluminum matrix based on Al-Mg-Si alloy reinforced with Al2O3 particles with the average size of about 25 microns and a volume fracture of 20%. The computer simulations results are presented in tables and illustrated by figures. It follows from the derived formulas that cracks reduce the effective heat conductivity about 9% with respect to the material without cracks.

PL

Przedstawiono wzór na efektywną przewodność cieplną kompozytu wzmocnionego kołowymi cząstkami o niskim współczynniku przewodności cieplnej, wyznaczoną z uwzględnieniem szczelin na granicy pomiędzy wtrąceniem a osnową. Wzór był wyprowadzony z wykorzystaniem aproksymacji Maxwella, zaawansowanej analizy zespolonej oraz tożsamości Kellera. Opracowany dwuwymiarowy model oraz wzór zastosowano do teoretycznego wyznaczenia efektywnej przewodności cieplnej kompozytu o osnowie stopu Al-Mg-Si wzmocnionego cząstkami Al2O3 o udziale objętościowym wynoszącym 20% i średniej wielkości na poziomie 25. Kompozyt został poddany ściskaniu osiowemu, w wyniku którego w jego strukturze pojawił się szereg pęknięć, szczelin. Z analizy obrazu materiału po ściskaniu uzyskano dane niezbędne do dalszych obliczeń: numer cząstki, udział powierzchniowy cząstki, rozpiętość kąta (w stopniach). Wykonano obliczenia efektywnej przewodności według wyprowadzonego wzoru dla przypadków rzeczywistego oraz modelowych. Z analizy wyników obliczeń efektywnej przewodności cieplnej kompozytu Al-Mg-Si/Al2O3 wynika, że obecność szczelin w badanym materiale kompozytowym obniża jego właściwości przewodzenia ciepła około 9% w stosunku do materiału bez pęknięć. Dodatkowe symulacje pokazują znaczący wpływ pęknięć na właściwości przewodzenia ciepła. W granicznym przypadku dodania szczelin o rozpiętości 90° w Modelu 6 obniża je do poziomu 85% materiału bez pęknięć. Otrzymane wyniki pokazują dynamiczne zmiany efektywnych właściwości kompozytu następujące w wyniku zwiększenia kąta rozpiętości szczelin/zwiększenia ich liczby. Uzyskany wzór może być stosowany we wszystkich dziedzinach inżynierii materiałowej, związanej z określaniem efektywnych właściwości cieplnych, elektrycznych etc. materiałów kompozytowych z uwzględnieniem pęknięć, pojawiających się na granicach fazy wzmacniającej.

2

Particle shape influence on elastic-plastic behaviour of particle-reinforced composites

Ogierman W., Kokot G.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2014

|

Vol. 67, nr 2

70--76

EN

Particle-reinforced composite materials very often provide unique and versatile properties. Modelling and prediction of effective heterogeneous material behaviour is a complex problem. However it is possible to estimate an influence of microstructure properties on effective macro material properties. Mentioned multi-scale approach can lead to better understanding of particle-reinforced composite behaviour. The paper is focused on prediction of an influence of particle shape on effective elastic properties, yield stress and stress distribution in particle-reinforced metal matrix composites. Design/methodology/approach: This research is based on usage of homogenization procedure connected with volume averaging of stress and strain values in RVE (Representative Volume Element). To create the RVE geometry Digimat-FE software is applied. Finite element method is applied to solve boundary value problem, in particular a commercial MSC.Marc software is used. Findings: Cylindrical particles provide the highest stiffness and yield stress while the lowest values of stiffness and yield stress are connected with spherical particles. On the other hand stress distribution in spherical particles is more uniform than in cylindrical and prismatic ones, which are more prone to an occurrence of stress concentration. Research limitations/implications: During this study simple, idealised geometries of the inclusions are considered, in particular sphere, prism and cylinder ones. Moreover, uniform size and uniform spatial distribution of the inclusions are taken into account. However in further work presented methodology can be applied to analysis of RVE that maps the real microstructure. Practical implications: Presented methodology can deal with an analysis of composite material with any inclusion shape. Predicting an effective composite material properties by analysis of material properties at microstructure level leads to better understanding and control of particle-reinforced composite materials behaviour. Originality/value: The paper in details presents in details an investigation of influence of inclusion shape on effective elastic-plastic material properties. In addition it describes the differences between stress distributions in composites with various inclusion shapes.

3

Właściwości żużla porecyklingowego w procesie recyklingu metalowych materiałów kompozytowych zbrojonych cząstkami

Jackowski J., Suchora M., Szymański P.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 4

342-346

PL

Najbardziej racjonalny recykling metalowych materiałów kompozytowych wytwarzanych metodami odlewniczymi polega na rozdzieleniu składników. Istnieje, co prawda, możliwość przetapiania zawiesinowych materiałów kompozytowych i ponownego odlewania zawiesiny, ale jest to szczególny przypadek recyklingu. W przypadku drobnych i zanieczyszczonych odpadów zawiesinowych materiałów kompozytowych, a także materiałów z nasycanym zbrojeniem recykling może być dokonany tylko przez rozdzielenie składników. Proces rozdzielania składników zawiesiny recyklowanego materiału kompozytowego wymaga stosowania dodatkowej fazy ciekłej w układzie recyklingowym, zwanej ośrodkiem. Jest nią stopiona mieszanina soli, która przejmuje cząstki fazy zbrojącej recyklowanej zawiesiny. Proces zamiany zawiesin (przejście cząstek zbrojących z osnowy do ośrodka) wymaga mieszania układu w celu jego zemulgowania. Powstały żużel porecyklingowy to zawiesina cząstek fazy zbrojącej w ciekłym ośrodku. Jego właściwości, a szczególnie gęstość, decydują o jego zachowaniu się po zakończeniu procesu, a zatem o możliwości rozdzielenia składników układu złożonego z odzyskanej osnowy kompozytowej i żużla porecyklingowego. Doświadczenia wykonywano w piecu - mieszalniku, stosując wsad złożony z porcji materiału kompozytowego (F3S.20S), głównie w postaci wiórów oraz zmiennych ilości mieszaniny soli (ośrodka). Wskutek takich działań uzyskiwano próbki żużla porecyklingowego o zróżnicowanej zawartości w nim cząstek fazy zbrojącej wyjściowy materiał kompozytowy. Na fotografiach przedstawione zostały przykłady zakrzepniętych układów porecyklingowych stwierdzonych na przekrojach tygielka po zakończeniu procesu. Dokonane obserwacje zachowania się żużla w trakcie procesu recyklingu w połączeniu z analizą zawartości cząstek zbrojących w pobranych próbkach żużli pozwoliły na ustalenie zależności przedstawionej na wykresie. Wykres ten wyjaśnia przyczynę zaobserwowanego zjawiska tonięcia żużla porecyklingowego podczas trwania procesu. Przyczyną tego zjawiska jest zmiana (wzrost) gęstości żużla spowodowana przyrostem zawartości cząstek zbrojących. Zjawisko to powoduje niekorzystne skutki. Utrudnia koagulację kropli emulsji zrecyklowanego układu (kropli osnowy kompozytowej/ /kropli żużla porecyklingowego), spowalnia ich sedymentację po zakończeniu procesu i utrudnia rozdzielenie składników układu porecyklingowego, czyli odzyskanej osnowy kompozytowej i żużla porecyklingowego.

EN

The most reasonable recycling of the metal composite materials manufactured with casting methods consists in separation of the components. The suspended composite materials may be indeed remelted and the suspension recasted again, nevertheless, this would be rather a particular case of recycling. In case of fine and contaminated suspension wastes of the composite materials and the materials with saturated reinforcement, the recycling process consists in separation of the components. The process of separation of the suspension components of the composite material under recycling requires the use of an additional liquid phase of the recycling system, that is called a medium. It is a melted salt mixture that intercepts the particles of the reinforcing phase of the suspension under the recycling process. The process of interchange of the suspensions (i.e. the transfer of the reinforcing particles from the matrix to the medium) requires mixing of the system in order to emulsify it. The after-recycling slag formed this way is a suspension of the reinforcing phase particles in the liquid medium. Its properties, particularly the density, are decisive for its behaviour after the process termination and, in consequence, for possible separation of the components of the system composed of the recovered composite matrix and the after-recycling slag. The experiments have been performed in a furnace-mixer, with the use of a charge composed of the composite material batch (F3S.20S), mainly in the form of chips and varying amount of the salt mixture (the medium). In result of such an approach the after-recycling slag samples have been obtained, of differentiated contents of the phase particles that reinforce the composite material. The pictures show the examples of the solidified after-recycling systems found in the crucible sections upon the process termination. The observations of the slag behaviour during the recycling process, together with the analysis of the contents of the reinforced particles derived from the slag samples, enabled formulating the relationship shown in the diagram. The diagram explains the reason of the phenomenon of slag "disappearance" during the process. It is due to the change (growth) of slag density caused by the increase in the reinforcing particles contents. This gives rise to disadvantageous consequences, resulting in more difficult coagulation of the recycled system emulsion drops (the drops of the composite matrix (the drops of after-recycling slag), their slower sedimentation after the process termination, and more difficult separation of the after-recycling system components, i.e. the recovered composite matrix and after-recycling slag.