Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wykorzystanie koncepcji cyfrowej reprezentacji materiału w modelowaniu zachowania mikrostruktury materiału porowatego pod obciążeniem

Madej Ł., Legwand A., Perzyński K., Roskosz S., Chrapoński J., Cwajna J.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2017

|

Vol. 84, nr 8

287--289

PL

Celem niniejszej pracy jest wykorzystanie koncepcji cyfrowej reprezentacji materiału podczas modelowania numerycznego zachowania się spieków metalicznych w warunkach obciążenia. Aby uzyskać informacje o mikrostrukturze analizowanego materiału porowatego wykonano badania techniką tomografii komputerowej. Tak uzyskane dane zostały wykorzystane do przygotowania trójwymiarowego modelu numerycznego, który w sposób bezpośredni uwzględnia niejednorodność mikrostruktury podczas dalszych symulacji. W ramach pracy opracowano program komputerowy, który przekształca dane pochodzące bezpośrednio z tomografu na binarny obraz trójwymiarowy, stanowiący cyfrową reprezentację materiału. Tak przygotowany model mikrostruktury został następnie poddany dyskretyzacji siatką elementów skończonych, i stanowi dane wejściowe do obliczeń numerycznych. Jako przykład testowy wykorzystania zaproponowanego podejścia, w pracy wybrano próbę swobodnego spęczania.Wyniki ilustrują wpływ porowatości na występowanie niejednorodności w uzyskiwanych rozkładach odkształceń czy naprężeń oraz umożliwiają precyzyjną analizę zamykania się porów w trakcie deformacji.

EN

The main goal of the present work is development of reliable numerical model of sintered metallic microstructures based on the digital material representation concept. To recreate morphology of the investigated porous material a computed tomography technique was used. To transfer the obtained measurement data into the digital form a series of numerical algorithms have been developed within the research. Obtained digital representation of microstructure morphology is then subjected to discretization procedure required for further numerical simulation of material behavior under loading conditions. As a case study a simple compression test was selected in the present work. Examples of obtained results, revealing various heterogeneities occurring during deformation are also presented within the paper.

2

Digital Material Representation Model of Porous Microstructure Based on 3D Reconstruction Algorithm

Madej Ł., Mojżeszko M., Chrapoński J., Roskosz S., Cwajna J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 2A

563--569

EN

Development of the Digital Material Representation (DMR) model, based on 3D reconstruction algorithm and serial sectioning, is the main goal of the present paper. Details on the serial sectioning and image processing algorithms are presented first. Serial sectioning is realized on the basis of light microscopy (LM). Then concept of 3D reconstruction and developed algorithms are presented. Two approaches, based on shape coefficients and the flood fill algorithms, are developed to identify corresponding features on subsequent 2D images. Then, the interpolation algorithm to reconstruct 3D volume between 2D images is presented. Finally, obtained 3D model is an input for finite element mesh generation software for subsequent finite element calculations.

3

Structure homogeneity as a parameter for evaluation of composite casting quality

Gawdzińska K., Wojnar L., Maliński M., Chrapoński J.

Archives of Foundry Engineering

|

2010

|

Vol. 10, iss. 3

187--192

EN

The structure of composite materials is be usually described as a compound of two structural components called matrix and reinforcement, respectively. A classic, commonly known example is polyester resin reinforced with glass fibres. Composite materials obtained through casting techniques are frequently characterised by irregular distribution and content of reinforcement in the casting volume as well as by different shape and size of this structural element [1–5]. It clearly results from the fundamentals of materials engineering that this type of structural diversity has a crucial effect on its broadly understood properties. Therefore, a need arises to define in a simple but precise way what we understand as homogeneity or non-homogeneity of the material, as well as for introduction of measures for this feature. The present study is limited to cast metal-matrix composite materials that, due to their manufacture technology, are particularly susceptible to the occurrence of non-homogeneity. However, the proposed solution may be also applied in characterisation of other materials. Till now, the concept of non-homogeneity has no commonly accepted definition [6-10]. Among others, it is defined as: – deviation of certain geometric features from the structure accepted conventionally as homogenous; – local structure disorder, the intensity of which is accomplished with different probability; – derivative of the diversity of geometric features of measured elements which results from their orientation (anisotropy) or position (gradient) in a tested object. In the case of composite castings when the concept of defect as deviation from the desired features is being used as a rule in describing the quality parameters of these materials, it seems to be advisable to introduce the concept of material homogeneity. Deviation from this feature, i.e. a defect, will be the non-homogeneity of, for instance, structure porosity or amount, spatial distribution, size or shape of reinforcing phase precipitations. This paper presents a proposal for complex determination of reinforcement structure homogeneity along with its practical application.

4

Jednorodność rozmieszczenia fazy zbrojącej w odlewach z metalowych materiałów kompozytowych

Gawdzińska K., Maliński M., Chrapoński J.

Archives of Foundry Engineering

|

2010

|

Vol. 10, iss. 2 spec.

43--50

PL

W niniejszym artykule przedstawiono opis rozmieszczenia fazy zbrojącej (węglik krzemu w postaci cząstek) w odlewach kompozytowych o osnowie siluminowej (AlSi11) za pomocą metod statystycznych. Do oceny jednorodności rozmieszczenia badanych elementów na badanym obszarze wykorzystano metodę SKIZ (Skeleton by Influence Zone). Analizę statystyczną przeprowadzono za pomocą testu Kruskala-Wallisa. Badania nad określeniem parametrów jakości odlewów kompozytowych, do których można zaliczyć jednorodność rozmieszczenia fazy zbrojącej przyczynią się do wytworzenia materiałów z małą ilością defektów strukturalnych co na bezpośredni wpływ ma koszty ekonomiczne i ekologiczne.

EN

In the present paper is presented a description of the distribution of reinforcing phase (silicone carbide in the form of particles) in composite casts with siluminium matrix (AlSi11) by means of statistical methods. For evaluation of the homogeneity of distribution of examined elements within the analysed area, the SKIZ (Skeleton by Influence Zone) method was used. Statistical analysis was performed with the Kruskal-Wallis test. Studies on determination of the quality parameters of composite casts, into which the homogeneity [uniformity] of reinforcing phase distribution can be included, will contribute to production of materials with a low number of structural defects, which have a direct influence on economic and ecological costs.

5

Stereologiczna charakterystyka symulowanych komputerowo modelowych struktur funkcjonalnych materiałów gradientowych

Chrapoński J., Maliński M., Szala J., Cwajna J.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 3

568-571

PL

W pracy omówiono metody stereologiczne stosowane do ilościowego opisu mikrostruktury materiałów gradientowych (rys. 1, 2). Przedstawiono rezultaty zastosowania wybranych metod w odniesieniu do trójwymiarowych struktur modelowych uzyskanych za pomocą symulacji komputerowej (rys. 3-6). Na podstawie porównania wyników 3D i 2D dokonano oceny dokładności i przydatności tych metod do wyznaczania zmian wybranych parametrów stereologicznych w funkcji odległości w kierunku gradientu.

EN

Stereological methods used for quantitative description of functionally gradient materials microstructure have been discussed (fig. 1, 2). The results of the selected methods applied to three - dimensional computer simulated model structures have been presented (fig. 3-6). On the basis of the comprarsion of 3D and 2D results the usefulness and precision of the methods have been evaluated.

6

Metodyka generowania trójwymiarowych, modelowych struktur funkcjonalnych materiałów gradientowych

Cwajna J., Maliński M., Szala J., Chrapoński J.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 3

572-575

PL

W pracy omówiono sposoby generowania trójwymiarowych modeli struktury funkcjonalnych materiałów gradientowych. Przedstawiono algorytmy zastosowane w celu otrzymania struktur modelowych z różną funkcją zmian objętości ziaren lub udziału objętościowego cząstek. Opisano działanie i zaprezentowano możliwości opracowanego programu do generowania struktur modelowych typu komórkowego lub zgodnych z modelem Johnsona-Mehla (rys. 2-5) . Scharakteryzowano również program realizujący pomiary na płaskich przekrojach struktur modelowych (rys. 6). Zaprezentowano przykładowe struktury modelowe uzyskane za pomocą opracowanych programów (rys. 4).

EN

Methods for the generation of 3D model structures of functionally gradient materials have been discussed. The algorithms applied to obtain model structures characterized by various function of grain size or volume fraction of particles were presented. The operation and features of the software designed for the cell and Johnson-Mehl type model structures generation were described (fig. 2-5). Additionally, the programme used for measurement of the grain parameters on plane sections of the model structures was characterized (fig. 6). Examples of the obtained model structures have been presented (fig. 4)

7

Zależności stereologiczne dla symulowanych komputerowo modelowych struktur jednofazowych materiałów polikrystalicznych

Chrapoński J., Maliński M., Szala J., Cwajna J.

Inżynieria Materiałowa

|

2005

|

Vol. 26, nr 3

143-147

PL

W pracy w sposób syntetyczny dokonano przeglądu podstawowych wyników uzyskanych w Katedrze Nauki o Materiałach Politechniki Śląskiej w zakresie modelowania i ilościowego opisu mikrostruktury materiałów polikrystalicznych [6 - 41]. Omówiono sposoby modelowania mikrostruktury w przestrzeni trójwymiarowej. Zaprezentowano również możliwości najnowszych, opracowanych w Katedrze programów do generowania modelowych struktur polikrystalicznych o dużym zróżnicowaniu wielkości, kształtu oraz charakteru rozmieszczenia ziaren w przestrzeni 3D. Przedstawiono wybrane modelowe struktury anizotropowe i o charakterze gradientowym (rys. 1). Stereologiczna analiza w przestrzeniach 3D i 2D otrzymanych struktur modelowych pozwoliła na wyznaczenie empirycznych zależności pomiędzy średnim polem powierzchni płaskiego przekroju a objętością ziaren (rys. 2, 4) oraz między współczynnikiem zmienności pola powierzchni płaskiego przekroju a współczynnikiem zmienności objętości ziaren (rys. 3, 5). Stwierdzono, że zależności te mogą być podstawą prostej metody oceny parametrów rozkładu objętości ziaren. Wskazano również, że konieczne jest określenie zależności współczynnika C występującego w równaniu (3) w zależności od innych cech geometrycznych struktury (kształtu, niejednorodności, itp.). Na podstawie badań anizotropowych struktur modelowych zaproponowano nowe wskaźniki służące do opisu anizotropii. Pozwalają one na rozróżnienie typu anizotropii występującej w badanej strukturze.

EN

The main results obtained in the Department of Materials Science of the Silesian University of Technology in the range of modelling and quantitative characterization of the polycrystalline materials' structure were reviewed [6-41]. Methods of modelling microstructures in 3D space were discussed. The features of the newest programme worked out in the Department to generate polycrystalline model structures with large variation of grains volume and shape as well as large diversity of distribution of grains in 3D space were presented. The selected anisotropic and gradient model structures were showed (Fig. 1). Stereological analysis of the obtained model structures in 3D and 2D spaces allowed to calculate empirical relationships between mean plane section area and mean volume of grains (fig. 2, 4) as well as between coefficient of variation of plane section area and coefficient of variation of grains volume (Fig. 3, 5). It was found that the obtained relationships may be the basis of the simple method for determination of the parameters of grain volume distribution. However, it was pointed out that it is necessary to describe relationships between value of the coefficient C in the eauation (3) and the others geometrical features of the structure (grain shape and size inhomogeneity, etc). On the basis of the anisotropic model structures analysis the new coefficients for anisotropy characterization were proposed. These coefficients enable for distinction kind of anisotropy in the microstructure.

8

Quantitative approach to evaluation of Ti-Al alloys microstructure

Chrapoński J., Szkliniarz W., Mikuszewski T., Kościelna A.

Inżynieria Materiałowa

|

2004

|

R. XXV, nr 3

133-136

EN

In the presented paper procedure of specimens preparation, methods of image analysis and quantitative parameters appropriate to characterization of gamma titanium aluminide based alloys' microstructure are discussed. Also procedure of images transformation for grains, lamellae colony size and parameters characterizing alpha2 and gamma lamellae measurement were presented.

PL

W pracy przedyskutowano wybrane aspekty ilościowego opisu mikrostruktury stopów na osnowie fazy międzymetalicznej gamma TiAl. Omówiono metody analizy obrazu umożliwiające wyznaczenie parametrów odpowiednich do charakteryzowania mikrostruktury płytkowej. Zaprezentowano również algorytm przekształceń obrazów uzyskanych za pomocą mikroskopu elektronowego skaningowego przygotowujący do pomiaru wielkości charakteryzujących płytki faz alfa2 i gamma.

9

Wpływ parametrów odlewania na strukturę pierwotną i jakość wlewków ze stopu Ti-48Al-2Nb-2Cr

Chrapoński J., Mikuszewski T.

Inżynieria Materiałowa

|

2003

|

R. XXIV, nr 6

667-670

PL

W pracy przedstawiono wpływ temperatury odlewania oraz temperatury i materiału form odlewniczych na strukturę pierwotną i jakość wlewków ze stopu Ti-48Al-2Nb-2Cr. W badaniach wykorzystano formy metalowe, grafitowe i ceramiczne. Odlewanie prowadzono do form o temperaturze 293 i 773 K. Jakość wlewków oceniono określając rodzaj, wielkość, kształt i rozmieszczenie defektów skurczowych. Określono również rodzaj i zasięg stref krystalicznych. Metodami metalografii ilościowej określono wielkość ziarna wlewków. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że przy odpowiednim doborze parametrów opracowana technologia wytapiania i odlewania umożliwia uzyskanie wlewków o jednorodnej strukturze, złożonej z drobnych ziaren równoosiowych. Prawidłowy dobór parametrów odlewania pozwala również na ograniczenie we wlewkach wielkości i głębokości zalegania defektów skurczowych, co wydatnie zwiększa uzysk metalu.

EN

The effect of casting temperature as well as temperature of moulds on primary structure and quality of ingots made of Ti-48Al-2Nb-2Cr alloy has been presented. The moulds made of metal, graphite and ceramic have been used. Casting was carried out into cold moulds (293 K) and heated to 773 K. The ingots quality was evaluated by examination of type, size, shape and distribution of shrinkage defects. The type and area of different crystal zones was also examined. The grain size of ingots was established by quantitative metallography methods. It was concluded that at appropriate selection of parameters the presented technology ensured obtaining ingots with homogeneous, equiaxed fine grains structure. The proper selection of cast parameters enables limitation of size and location depth of shrinkage defects, which considerably increases the metal's yield.

10

Effect of heat treatment on the microstructure and mechanical properties of Ti-6Al-2Mo-2Cr-Fe alloy.

Szkliniarz W., Chrapoński J.

Inżynieria Materiałowa

|

2001

|

R. XXII, nr 5

896-899

EN

The paper presents the results of investigations concerning the effect of heat treatment consisting in isothermal annealing performed according to three different schemes, on changes of the microstructure and strength properties of a two-phase coarse-grained titanium alloy. It has been found that a change of the primary phase a form into one similar to spheroidal leads to a considerable improvement of the alloy's plasticity, with simultaneous maintaining of the strength properties which are comparable to the initial state.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące oddziaływania obróbki cieplnej, polegającej na izotermicznym wyżarzaniu, prowadzonym wg trzech różnych schematów, na zmiany mikrostruktury i właściwości mechanicznych gruboziarnistego, dwufazowego stopu tytanu. Stwierdzono, że uzyskana w wyniku długotrwałego wyżarzania zmiana postaci pierwotnej fazy a z płytkowej na zbliżoną do sferoidalnej prowadzi do znacznej poprawy plastyczności stopu, przy zachowaniu właściwości wytrzymałościowych porównywalnych do stanu wyjściowego.

11

3D models of polycrystals.

Cwajna J., Chrapoński J., Maliński M.

Inżynieria Materiałowa

|

1998

|

R. XIX, nr 4

671-676

EN

The 3D computer simulated models of homogenous as well as of inhomogenous microstructure of one phase polycrystalline materials are presented. The models were applied for: verification of correctness of polycrystalline materials models existing in theory of materials properties, assessment of precision and versatility of hitherto used methods for the determination of grains and particles volume distribution as well as for estimation of other stereological parameters and searching for new relations between parameters of plain and spatial materials microstructure. It was shown that the method ensuring the required versatility and accuracy of grain size evaluation at acceptable cost and labor consumption had not been worked out yet. The relationships between mean plane section area of grains and mean grain volume as well as between coefficient of variation of grains plane section area and coefficient of variation of grain volume are presented. They may be the basis of the simple method for the determination of parameters of grain volume distribution.