Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Generalized Oberst beam method for measuring viscoelastic parameters of layered composite components

Dobrucki A., Bolejko R., Nieradka P., Klimek A.

Archives of Mechanics

|

2023

|

Vol. 75, nr 1-2

27--52

EN

This paper proposes two new methods of measuring the viscoelastic parameters of materials. The methods are based on the composite beams’ resonant frequencies measurement. The Young moduli and loss factors of the components are determined by measuring the frequency response of a composite beam twice, each time with different layer thickness ratios. A system of two equations is obtained, from which Young’s moduli of the composite components are calculated. Similarly, two obtained equations determine the loss factors. The results obtained by the proposed methods are compared with those obtained by standard methods and then validated by experiments and FEM simulations. It was noted that the developed models, as well as the standard ones, are highly sensitive to the precision of the samples (material trimming and the way of joining the composite elements). The proposed methods prove to have an advantage over the standard ones in the matter of more frequent measurement criterion fulfilment. The acknowledged criterion represents the existence of a sensible solution insensitive to measurement errors. This criterion, which assures that the results are not prone to errors (for example negative loss factors) is met in 100% of cases in one of the methods, compared to 65% for standard methods.

2

Investigation of the Effect of Young’s Modulus on the Contact Strength of Metal Polymer Plain Bearings

Chernets Myron, Pashechko Mykhaylo, Kornienko Anatolii, Borc Jarosław, Zakhariia Roman

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2022

|

Vol. 16, no 2

67--73

EN

Using the author's method of research of hybrid (metal-polymer) plain bearings the calculation of their load carrying capacity (contact pressures) is carried out. Studies have been conducted for metal-polymer bearings with a bushing of two types of polymer composites: epoxy based antifriction composite materials DIAMANT Moglice (DIAMANT Metallplastic GmbH) and DK6 (PT) (fillers - graphite, MoS2, Zr). The elastic constants of composite materials, in particular the Young's modulus, have a noticeable effect on the contact pressures in metal-polymer bearings. The Young's modulus is significantly different in these composite materials. In accordance with this factor, the influence of load, bushing diameter and radial clearance on the maximum contact pressures was studied. Quantitative and qualitative regularities of maximum contact pressures from the accepted factors of influence: Young's modulus, loading, bushing diameter, radial clearance, type of bushing material are established. The obtained results are compared with the results obtained by known conventional calculating methods of contact pressures.

3

Wpływ obróbki termoplastycznej tytanu Grade 2 na właściwości nanoindentacyjne

Bańczerowski Jakub

Inżynieria Powierzchni

|

2021

|

nr 2

17--21

PL

Czysty tytan jest materiałem pożądanym w biotechnologii ze względu na doskonalą biozgodność oraz brak toksycznych pierwiastków, takich jak wanad czy aluminium. Niestety w stosunku do powszechnie używanego stopu na protezy Ti6Al4V jest on materiałem o niskich właściwościach mechanicznych. Obróbka termoplastyczna tytanu miała na celu poprawę jego właściwości mechanicznych poprzez zredukowanie wielkości ziarna. Wykonano eksperyment polegający na ściskaniu próbek tytanu w podwyższonej temperaturze i przy różnych prędkościach odkształceń. Uzyskano krzywą naprężenie-odkształcenie oraz obrazy mikrostruktury tytanu, które wskazywały na redukcję ziarna. Następnie wykonano pomiary nanoindentacyjne twardości oraz modułu Younga. Wyniki wskazują na nieznaczny wzrost twardości i sztywności w większości przypadków. Dla wysokich prędkości odkształcenia zaobserwowano spadek tych wartości.

EN

Pure titanium is a desired material in biotechnology due to its excellent biocompatibility and the absence of toxic elements like vandium or aluminium. Unfortunately, in comparison to widely used Ti6Al4V alloy it has low strenght properties. Therefore, thermoplastic processing was used as means to improve its mechanical properties by the grain size reduction. An experiment of samples compression in raised temperature and various strain rates was conducted. The stress-strain curves and microstructure observations were made. Both indicated grain reduction. In the next step nanoindentation hardness and Young modulus measurements were made. The results indicate slight increase in hardness and stiffness in most cases. For the high strain rates a decrease in those values was observed.

4

Wpływ czasu naświetlania lampą LED na właściwości mechaniczne wypełnień stomatologicznych

Swiderska J., Świderski W., Antosik A. K.

Przemysł Chemiczny

|

2018

|

T. 97, nr 7

1128--1130

PL

Zbadano wpływ czasu naświetlania lampą LED na gotowe dostępne na rynku usług stomatologicznych kompozyty dentystyczne. Określono podstawowe właściwości utwardzonych kompozytów, takie jak wytrzymałość na ściskanie, moduł Younga, odkształcenie przy ściskaniu. Ponadto dla wszystkich badanych próbek określono organoleptycznie wygląd pękniętego kompozytu. Wydłużenie czasu naświetlania początkowo zwiększało, a następnie po uzyskaniu maksimum zmniejszało wytrzymałość próbek na ściskanie oraz zmniejszało wartość odkształcenia przy ściskaniu i moduł Younga.

EN

A com. dental composite was irradiated for 10-70 s to study the curing efficiency. Compressive strength, Young modulus and compression strain of the composite were detd. Organoleptic appearance of cracks in the composite was also obsd. The compression strain decreased during the irradn. but compression strength and Young modulus reached a max. after irradn. for 30 s and 20 s., resp.

5

Numerical analysis of mechanical properties of an infill structure used in 3D printings

Bobrowski K., Wojnicz W., Lipiński K.

Inżynieria Materiałowa

|

2018

|

Vol. 39, nr 1

15--21

EN

The paper presents results of a numerical analysis focused on an identification of mechanical properties of an element created using Fused Deposition Modelling additive manufacturing technique (FDM). There are presented a description of technology of the 3D printing, numerical model created by using finite element method (FEM), as well as some problems referred to estimation of the mechanical properties of the printout. The main point of the research was a study of relationship between properties of the rectangular infill structure (described in the micro scale) and the global values of selected mechanical properties of the part (described in macro scale). The numerical models of infill was created by applying the ABAQUS 6.12-1 software. The scope of the study involved tests performed in linear elastic limit of the material behaviour by applying uniaxial compressive load and two types of boundary conditions. Also, three alternative methods for identification of mechanical properties of the infill structures were presented. The results of the study of relationship between the density of infill structure and the Young’s modulus of the printout were presented and discussed.

PL

Drukowanie 3D to technologia używana do bezpośredniej konwersji modelu 3D powstałego przy użyciu technik projektowych CAD (z ang. computer aided design) do fizycznego modelu prototypu. Ze względu na wykorzystywanie różnych materiałów budulcowych oraz technologii nanoszenia wyróżniamy kilka metod drukowania przestrzennego: metoda stereolitografii (SLA), metoda osadzania topionego (FDM), selektywne spiekanie laserowe proszków (SLS) czy przyrostowe nanoszenie stopionego fotopolimeru akrylowego (MJM). Najbardziej powszechną oraz najtańszą formą wydruku zarówno pod względem kosztu zakupu drukarki jak i eksploatacji jest metoda FDM (Fused Deposition Modeling) Podstawowe właściwości mechaniczne wyrobów drukowanych 3D, takie jak granica plastyczności, wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na rozciąganie są podawane zarówno przez producentów materiałów użytkowych, jak i przez producentów drukarek. Najczęściej prezentują one właściwości mechaniczne badanych materiałów tylko w jednym z możliwych kierunków orientacji materiału, najczęściej w tym o największym wskaźniku wytrzymałości. Co więcej, wydruk 3D powstały metodą przyrostową jest materiałem ortotropowym cechującym się silnym zróżnicowaniem właściwości mechanicznych w zależności od orientacji wydruku oraz parametrów wydruku. W konsekwencji parametry wydruku takie jak konfiguracja w przestrzeni, temperatura drukowania, prędkość wydruku oraz gęstość wypełnienia znacznie wpływają na właściwości materiałowe, a co za tym idzie na wytrzymałość całego wydruku. W pracy podjęto próbę wyznaczenia właściwości mechanicznych takich jak moduł Younga i współczynnik Poissona dla struktur wypełnienia wydruków 3D za pomocą symulacji komputerowych MES przy odwzorowaniu jednoosiowej próby ściskania oraz zaproponowano uproszczony model obliczeniowy wypełnienia, w którym struktura składająca się z pojedynczych włókien została zastąpiona bryłą o takich samych wymiarach zewnętrznych.

6

Assessment of Failure Strength of Real Alumina Foams with Use of the Periodic Structure Model

Nowak M., Nowak Z., Pęcherski R. B., Potoczek M., Śliwa R. E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 4

1903--1908

EN

The subject of the study are alumina foams produced by gelcasting method. The results of micro-computed tomography of the foam samples are used to create the numerical model reconstructing the real structure of the foam skeleton as well as the simplified periodic open-cell structure models. The aim of the paper is to present a new idea of the energy-based assessment of failure strength under uniaxial compression of real alumina foams of various porosity with use of the periodic structure model of the same porosity. Considering two kinds of cellular structures: the periodic one, for instance of fcc type, and the random structure of real alumina foam it is possible to justify the hypothesis, computationally and experimentally, that the same elastic energy density cumulated in the both structures of the same porosity allows to determine the close values of fracture strength under compression. Application of finite element computations for the analysis of deformation and failure processes in real ceramic foams is time consuming. Therefore, the use of simplified periodic cell structure models for the assessment of elastic moduli and failure strength appears very attractive from the point of view of practical applications.

7

Stiffness module and compression strength of polymer-treated sand

Mlhem M.

Architecture Civil Engineering Environment

|

2018

|

Vol. 11, no. 1

97--104

EN

According to the increasing demand of suitable soils under different types of foundation in the geotechnical engineering projects, many researchers try to find the best type of additives that improve the mechanical properties of soils. In addition, the small-strain stiffness is an important parameter for various geotechnical design applications. Therefore, I aim from this research to study the availability of Free-Free Resonant frequency method (FFR) in measuring the Young’s modulus and Poisson ratio for epoxy treated sand (ETS). Moreover, detecting the effect of the additives on the strength of treated sand by applying compression test on both types of treated specimens: cement treated sand (CTS) and (ETS), and then comparing between the results. Next, the results have been analyzed and then Young modulus and Poisson ratio have been calculated. There was reversal relations between the both parameters according to the additives percentages, where E increased, Poisson ratio decreased. Then, the compression tests were applied on cylindrical specimens, the more additive percentages was the higher maximum load. The treated sand with epoxy percentage from 2% up to 5% was stronger than the treated sand with 50% cement.

PL

Zgodnie z rosnącym zapotrzebowaniem na przygotowanie odpowiednich gruntów pod różne typy fundamentów w projektach geotechnicznych, wielu badaczy próbuje znaleźć najlepszy rodzaj dodatków, które poprawiają właściwości mechaniczne gruntów. Ponadto zmienność sztywności w zakresie małych odkształceń jest ważnym aspektem dla różnych zastosowań w projektowaniu geotechnicznym. Stąd, celem wykonanych badań jest ocena przydatności metody FFR (Free-Free Resonant frequency) do pomiaru modułu Younga i współczynnika Poissona dla piasku poddanego obróbce epoksydowej (ETS). Dodatkowym celem badań jest ocena wpływu dodatków na wytrzymałość poddanego obróbce piasku w próbie ściskania na obu rodzajach poddanych obróbce próbek: piasku stabilizowanego cementem (CTS) i (ETS), a następnie porównanie wyników. Po przeprowadzaniu analizy wyników badań, wyznaczono moduł Younga i współczynnik Poissona. Między obydwoma parametrami występowały relacje odwrotne w zależności od procentów dodatków, tzn. przy wzroście modułu E, współczynnik Poissona zmniejszał się. Następnie poddano ściskaniu próbki cylindryczne; przy większej zawartości dodatków, uzyskiwano większe nośności. Modyfikowany piasek z zawartością epoksydu od 2% do 5% okazał się być mocniejszy od piasku z dodatkiem 50% cementu.

8

Human cancellous bone mechanical properties and penetrator geometry in nanoindentation tests

Makuch A. M., Skalski K. R.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2018

|

Vol. 20, no. 3

153--164

EN

The goal of the study was to determine the influence of the penetrator geometry on the human cancellous bone mechanical properties in indentation tests. The aim of this research was also the assessment of the material properties of bone structures, having in mind the energy aspects of the curve obtained in the cycle: inelastic loading and elastic unloading. Methods: The samples were resected from a femoral heads of patients qualified for a hip replacement surgery. During the Depth Sensing Indentation tests, hardness and elastic modulus of the cancellous bone tissue were measured using the spherical and Vickers penetrators. Measurements were made in a node and in a trabecula for each sample. Results: The analysis of the measurement results and the calculations of total energy, i.e., elastic and inelastic, and those of the parameters of hardness and elasticity made it possible to assess the influence of the penetrator geometry on the mechanical properties of bone structures at a microscopic level. Conclusions: It was found, with respect to the methodology of indentation, that without determining the shape of the penetrator and the site of the indentation, an objective assessment of the micro mechanical properties of the tested material is not possible.

9

PE-LLD napełniony rozdrobnionymi łuskami orzeszków ziemnych

Sikora J. W., Jarosiński S.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2017

|

T. 23, Nr 3 (177)

238--245

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych, tj. wytrzymałości w próbie statycznego rozciągania, twardości i udarności liniowego polietylenu małej gęstości napełnionego rozdrobnionymi łuskami orzeszków ziemnych. Badania przeprowadzono przy różnym udziale masowym łusek dyni wynoszącym 0, 5, 10, 20, 30 oraz 40% i różnej wielkości ziarn napełniacza. Próbki do badań uzyskano w procesie wtryskiwania. Stwierdzono wzrost współczynnika sprężystości wzdłużnej i twardości oraz spadek pozostałych badanych właściwości wraz ze wzrostem wielkości ziarn i udziału napełniacza.

EN

The manuscript presents the results of testing the mechanical properties namely strength in the static tensile test, hardness and impact of linear low density polyethylene filled with shredded peanut shells. The tests were conducted at different mass content of pumpkin scales equaling 0, 5, 10, 20, 30 and 40% and different sizes of filler grains. The test samples were obtained in the process of injection moulding. It was stated that Young modulus and hardness increase while other tested properties decrease with the increase of grain size and filler content.

10

Research on mechanical properties of aluminum alloys used in automotive industry

Peta K., Siwak P., Grochalski K.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 3

114--118

EN

The paper presents one of the most important mechanical properties of aluminium alloys used in the automotive industry, which mainly determine the material resistance to mechanical loads. Samples were made of aluminium alloys from the 3xxx series (core) and 4xxx series (clad). The latter material layer begins to melt at the brazing temperature (582°C) and forms brazed joints between the surfaces of the base sheets. Commonly, these alloys are used as aluminium brazing sheets and applied in automotive to heat exchangers manufacturing, i.e. radiators, condensers, evaporators, heaters, oil coolers and charge air coolers. Samples of these materials were subjected to mechanical property measurements. In order to assess the changes in the materials during their life cycle, the properties after the manufacturing process and the exploitation tests were compared. Therefore, brazing process was realized in N2 controlled atmosphere. Moreover, one of the most important investigations in terms of the heat exchangers working conditions simulation which is resistance to thermal shocks, was performed. The material working conditions indicate that they should comply with above test requirements, including liquid contact, whose temperature range may refer to 0÷90°C. Particular attention was focused on properties such as Martens hardness, Vickers hardness, Young`s modulus and plastic strain, which have significant role in evaluation of product performance and improving its lifetime. For the measurements, a Fischer Picodentor HM 500 nanoindenter equipped with a Vickers indenter was used. The main advantages of the nanoindentation technique are the accurate and reliable results which might optimize heat exchanger. Furthermore, an optical microscopy was applied to analyse the indentations on the sample surfaces.

PL

W pracy omówiono ważniejsze właściwości mechaniczne stopów aluminium stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym, w tym w produkcji samochodowych wymienników ciepła. Szczególną uwagę zwrócono na takie właściwości, jak: twardość Martensa, twardość Vickersa, moduł Younga i odkształcenie plastyczne. Decydują one o odporności materiału na działanie obciążeń mechanicznych, natomiast ich analiza ma znaczenie w ocenie jakości finalnej wyrobu. Głównym celem pracy było porównanie właściwości mechanicznych stopów aluminium po procesie wytwarzania oraz po próbie wytrzymałościowej, aby zaobserwować zmiany właściwości materiałów podczas ich pracy.

11

Metody wyznaczania wartości statycznego modułu Younga materiałów elastomerowych

Bednarz J., Bieleń P.

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

|

2017

|

R. 18, nr 12

723--729, CD

PL

Prawidłowy dobór materiałów elastomerowych mogących mieć zastosowanie w systemach wibroizolacji wymaga wyznaczenia wartości parametrów fizyko-mechanicznych materiału. Podstawową wyznaczaną wielkością jest statyczny moduł Younga będący miarą sprężystości materiału elastomerowego. W artykule przedstawiono porównanie metod wyznaczania statycznego modułu Younga dla próbek materiału elastomerowego. Przedstawiono metodykę badań oraz ich wyniki.

EN

Proper selection of elastomeric materials that may be used in vibration isolation systems requires the determination of the physico-mechanical parameters of the material. The basic determinant is the static Young's modulus, which is the measure the elasticity of the elastomeric material. The article presents a comparison of methods for determining static Young's modulus for samples of elastomeric material. The research methodology and results are presented.

12

Metoda wyznaczania wartości dynamicznego modułu Younga oraz współczynnika tłumienia materiałów elastomerowych

Bednarz J., Bieleń P.

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

|

2017

|

R. 18, nr 12

716--722, CD

PL

Prawidłowy dobór materiałów elastomerowych mogących mieć zastosowanie w systemach wibroizolacji wymaga wyznaczenia wartości parametrów fizyko-mechanicznych materiału. Podstawowymi wyznaczanymi wielkościami są moduły Younga będące miarą sprężystości materiału elastomerowego oraz współczynniki tłumienia materiału. W artykule przedstawiono metodę wyznaczania dynamicznego modułu Younga dla próbek materiału elastomerowego oraz współczynnika tłumienia w oparciu o pętlę histerezy. Przedstawiono metodykę badań oraz ich wyniki.

EN

Proper selection of elastomeric materials that may be used in vibration isolation systems requires the determination of the physico-mechanical parameters of the material. The basic determinant is the Young's modulus, which is the measure the elasticity of the elastomeric material and damping ratio of the material. The article presents a method for determining dynamic Young's modulus and damping ratio for samples of elastomeric material. The research methodology and results are presented.

13

Ocena własności mechanicznych oraz struktury elementów systemu implantologicznego

Krauz D., Ziębowicz A.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2016

|

z. 11

67--72

PL

W implantologii zdarzają się przypadki braku osteointegracji wszczepu śródkostnego z tkanką kostną. Celem przeprowadzonych badań była ocena własności mechanicznych oraz struktury elementów systemu implantologicznego - wydzielonego z tkanek żuchwy po sześciu miesiącach od jego wszczepienia. Dla celów pracy przeprowadzono analizę składu chemicznego SEM, pomiary ultra-nanotwardości i modułu Younga oraz obserwacje mikroskopowe struktury materiału.

EN

There are some cases in implantology connected with osseointegration problem of intraosseous implant and bone tissue. Scientists are still looking for the reason of this complication, at the same time developing new methods of implants systems, that are made with more biocompatible biomaterials. The aim of the study was to evaluate the mechanical properties and structure of components dedicated for implant system. For the purposes of operating an analysis of the chemical composition (SEM), measurements of ultra-nanohardness and Young's modulus and microscopic observations structure of the material were made.

14

Sekwencyjna technologia modyfikacji warstwy wierzchniej stali narzędziowych do obróbki plastycznej na zimno

Toboła D., Wantuch E., Rusek P., Zybura-Skrabalak M.

Prace Instytutu Zaawansowanych Technologii Wytwarzania. Zeszyty Naukowe

|

2015

|

nr 90

116--116

PL

W pracy podjęto problematykę oddziaływania dwóch powszechnie stosowanych w praktyce przemysłowej obróbek wykończeniowych na właściwości narzędzi przeznaczonych do obróbki plastycznej na zimno. Określono wpływ nagniatania ślizgowego kompozytem diamentowym i azotowania gazowego na wybrane właściwości użytkowe typowych dla nowoczesnej technologii obróbki plastycznej stali narzędziowych Sverker 21 i Vanadis 6. Tematykę badań uzasadniono małymi kosztami proponowanej sekwencyjnej technologii wykończeniowej oraz wieloletnim doświadczeniem Instytutu Zaawansowanych Technologii Wytwarzania (IZTW) w prowadzeniu badań nad procesem nagniatania ślizgowego kompozytem diamentowym. W pracy przedstawiono aktualny stan wiedzy dotyczący sekwencyjnych procesów obróbki powierzchniowej obejmujących proces deformacji plastycznej warstwy wierzchniej (WW) i azotowanie, dyfuzyjną obróbkę cieplno-chemiczną. W ramach optymalizacji procesu nagniatania przeprowadzono pomiary struktury geometrycznej powierzchni (SGP) próbek z badanych stali – określono wpływ nagniatania na mikrostrukturę warstwy wierzchniej. Przeprowadzono analizę mikrostruktury i składu chemicznego składników strukturalnych w badanych warstwach osobno po toczeniu i azotowaniu oraz po obróbce sekwencyjnej toczenie-nagniatanie-azotowanie. Określono właściwości mikromechaniczne, takie jak moduł sprężystości i mikrotwardość na zgładach poprzecznych po przeprowadzonych procesach obróbki powierzchniowej. Badania przy użyciu mikroskopii XRD wraz z identyfikacją faz wykonano dla obu badanych stali, po obróbce cieplnej i po wybranych procesach obróbki powierzchniowej. Analiza obejmowała także wpływ obróbek na poziom naprężeń w warstwie przypowierzchniowej dla obu badanych stali poddanych czterem wariantom obróbki (toczenie, toczenie-nagniatanie, toczenie-azotowanie, toczenie-nagniatanie-azotowanie). Oceny właściwości użytkowych dokonano na podstawie badań tribologicznych metodą kula-tarcza (ang. ball-on-disc). Udowodniono, że oddziaływanie procesu nagniatania ślizgowego i azotowania gazowego sprzyja wzrostowi oraz ujednorodnieniu warstwy azotowanej, podnosi mikrotwardość warstw powierzchniowych badanych stali narzędziowych, zapewnia korzystny stan naprężeń ściskających i w efekcie podwyższa ich odporność na zużycie ścierne. Przedstawione w pracy wyniki wskazują na istnienie synergii procesów nagniatania ślizgowego i azotowania gazowego.

EN

The effects of the interaction of two commonly used industrial finishing treatments, slide diamond burnishing and gas nitriding, on two tool steels, Sverker 21 and Vanadis 6, are reported. The research topics was justified by the low costs of the proposed sequential finishing technologies and long experience of the Institute of Advanced Manufacturing Technology (IAMT) in slide diamond burnishing. The current state of knowledge concerning the combined surface treatment processes, including plastic deformation of the surface layer (SL) and thermochemical treatment are presented. In order to optimize the burnishing process, measurements of surface geometrical structure (SGP) of the steel samples were made to determine the effect of burnishing on the microstructure of SL. Analysis of the microstructure and chemical composition of structural components in the studied layers, separately after turning and nitriding and after sequential treatment: turning-burnishing-nitriding, were carried out. Micromechanical properties, modulus of elasticity and microhardness, were determined on metallographic section after the surface treatments. Microscopic studies and XRD for the identification of phases were performed for both steels after heat treatment and after selected surface treatment processes. The effects of treatments on internal stresses in the surface layer for both steels, subjected to four variants of treatment (turning, turning-burnishing, turning-nitriding, turning-burnishing-nitriding) were also analyzed. Assessing the performance was made, inter alia, by tribological testing by the ball-on-disc method. It was proved that the synergistic interaction of slide diamond burnishing and gas nitriding promotes the growth and homogenization of the nitrided layer, increases the microhardness of tool steels surface layer, provides beneficial compressive stress state and consequently increases the wear resistance of tool steels. The work results indicate a synergistic interaction of slide burnishing and gas nitriding processes.

15

Mechanical Properties of The Ceramic Open-Cell Foams of Variable Cell Sizes

Nowak Z., Nowak M., Pęcherski R. B., Potoczek M., Śliwa R. E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3A

1957--1963

EN

The mechanical properties and numerical model of ceramic alumina open-cell foam, which is produced by the chemical method of gelcasting with different cell sizes (porosities) are presented. Geometric characteristics of real foam samples were estimated from tomographic and scanning electron microscopy images. Using this information, numerical foam model was proposed. A good agreement between the numerical model and the results elaborated from microtomography was obtained. To simulate the deformation processes the finite element program ABAQUS was used. The main goal of this computation was to obtain macroscopic force as a function of applied vertical displacement in compression test. As a result of numerical simulation of compression test of alumina foam for different values of porosity, the Young modulus and the strength of such foams were estimated.

PL

W pracy określono własności mechaniczne i przedstawiono model numeryczny ceramicznej pianki korundowej (α-Al2O3) o komórkach otwartych i różnej porowatości, otrzymanej metodą żelowania spienionej zawiesiny (gelcasting). Metoda ta pozwala na tworzenia pianek zawierających różnej wielkości komórki a w konsekwencji na otrzymywanie pianek o różnej porowatości. Wielkości charakteryzujące geometrię rzeczywistych pianek ustalono z wykorzystaniem tomograficznych obrazów 3D oraz obrazów z mikroskopu skaningowego. Informacje te wykorzystano przy opracowywaniu modelu numerycznego takiej pianki. Uzyskano model numeryczny o duż ej zgodności symulowanej mikrostruktury z obrazami otrzymanymi z mikrotomografu. Symulacje numeryczne procesu deformacji przeprowadzono przy użyciu programu elementów skończonych ABAQUS. Z symulacji numerycznych otrzymano zmianę wielkości siły w funkcji przemieszczenia górnej powierzchni. Określono również zmianę modułu Younga oraz wytrzymałości na ściskanie pianek korundowych w funkcji porowatości.

16

Geomechanical properties of shale rock from Baltic Basin in Poland area

Laura A.

AGH Drilling, Oil, Gas

|

2015

|

Vol. 32, no. 2

369--380

EN

The successful development of shale gas requires a fundamental understanding of shales and that can be challenging because these rocks vary significantly. For recoverable shale gas resources assessment a broad range of geological, geochemical, geophysical and geomechanical data is required. Information about the variable lithologies, mineralogies, and kerogen content is vital to locate favorable intervals for gas production. Knowledge of the in-situ stresses and porosity of these intervals is essential for developing hydraulic fracturing strategies to recover the gas in place. Geomechanical properties of shales are important in terms of determination of the likelihood of fractures initiating and propagating in shale materials. Geomechanical properties of rock include: Poisson's Ratio, Total Minimum Horizontal Stress, Bulk, Young and Shear Modulus. These properties play significant role in developing shale assets. Having access to geomechanical data can assist engineers and geoscientists during geomechanical modeling, hydraulic fracture treatment design and in some cases during reservoir modeling in shale gas fields. This paper is intended to give characterization of geomechanical properties of shale rock. It then refers to a case study of Baltic Basin of shale gas in Poland, for discussing it geological condition and rock properties.

17

Seismic and well log data as a source for the calculation of elastic properties of rock media – conditioning for successful exploration, well trajectory, completion and production design of unconventional reservoirs

Słota-Valim M.

Nafta-Gaz

|

2013

|

R. 69, nr 8

583--587

EN

Selected geomechanical parameters characterizing the reservoir and allowing recognition of the rock ability to gene-rate the fracture system during well completion process known as hydraulic fracturing are commonly calculated based on seismic and well log data. Knowledge of ductile or brittle rock behavior enables engineers to select well location, design the most efficient trajectory of the borehole and well complection including selection of the best zones for the hydraulic fracturing.

PL

Parametry geomechaniczne charakteryzujące ośrodek skalny pod kątem zdolności skał do generacji szczelin na drodze technologicznego udrażniania przepływu gazu zamkniętego w skale zbiornikowej (szczelinowanie) szacowane są na podstawie danych sejsmicznych oraz profilowań geofizyki otworowej. Wiedza na temat plastycznego lub sztywnego charakteru ośrodka geologicznego pozwala na poprawną lokalizację wiercenia oraz umożliwia zaprojektowanie najbardziej efektywnej trajektorii otworu wiertniczego i poziomów udostępnienia złóż na drodze hydraulicznego szczelinowania.

18

Metoda identyfikacji własności materiałowych kości czaszek dzieci

Ożóg M., Wolański W., Larysz D.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2013

|

z. 7

131--136

PL

Celem badań było opracowanie metody wyznaczania parametrów wytrzymałościowych kości czaszek dzieci. Identyfikacja własności materiałowych obejmowała wyznaczenie modułu sprężystości i granicy wytrzymałości podczas próby rozciągania. Otrzymane wyniki z przeprowadzonych prób porównano z danymi literaturowymi oraz posłużyły do analitycznego wyliczenia modułu Younga. Na tej podstawie zastały określone odpowiednie warunki przeprowadzania badań i sposoby przygotowania próbek kości ze względu na rodzaj testu oraz ich wpływ na wyniki badań.

19

Metodyka wyznaczania modułów sprężystości (E i Mr) na podstawie badania CBR pod obciążeniem cyklicznym

Sas W., Głuchowski A.

Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska

|

2012

|

Vol. 21, No. 3

171--181

PL

Projektowanie i wykonawstwo nawierzchni drogowych wiąże się z wyznaczeniem niezbędnych parametrów nośności oraz sztywności zastosowanych materiałów ziarnistych. Parametry w postaci modułów sprężystości E i Mr według najnowszych światowych tendencji powinny być wyznaczane w laboratorium w warunkach cyklicznego przekazywania obciążeń na próbki. Podstawową metodą ich wyznaczania są cykliczne badania trójosiowe, ale stosowana jest również metoda cyklicznego CBR. W niniejszym artykule została podana metodyka wykonania powtarzalnego badania CBR (cyklicznego) próbki gliny wraz z prezentacją i analizą uzyskanych wyników.

EN

The aim of this paper is to prove that CBR repeated test is useful to give an adequate like Unconfined Cyclic Triaxial test parameters for design the pavement and subgrade soils. That parameters are the Modulus of Elasticity also called Young’s modulus and the Resilient modulus (Mr) which is the elastic modulus based on the recoverable strain under repeated load. Modulus of elasticity (E) can be determined for any solid material and represents the ratio of stress and strain (stiffness). Resilient modulus (Mr), is an important parameter which characterizes the subgrade’s ability to withstand repetitive stresses under traffic loadings. The 1986 AASHTO guide for design of flexible pavements recommends the use of Mr. In that paper both parameters E and Mr of the subgrade clayey soil by laboratory CBR repeated test were determined using for calculation formulas from triaxial cyclic test.

20

Changes of selected structural and mechanical properties of the Strzelin granites as induced by thermal loads

Nowakowski A., Młynarczuk M.

Archives of Mining Sciences

|

2012

|

Vol. 57, no. 4

951--974

EN

Temperature is one of the basic factors influencing physical and structural properties of rocks. A quantitative and qualitative description of this influence becomes essential in underground construction and, in particular, in the construction of various underground storage facilities, including nuclear waste repositories. The present paper discusses the effects of temperature changes on selected mechanical and structural parameters of the Strzelin granites. Its authors focused on analyzing the changes of granite properties that accompany rapid temperature changes, for temperatures lower than 573ºC, which is the value at which the β - α phase transition in quartz occurs. Some of the criteria for selecting the temperature range were the results of measurements carried out at nuclear waste repositories. It was demonstrated that, as a result of the adopted procedure of heating and cooling of samples, the examined rock starts to reveal measurable structural changes, which, in turn, induces vital changes of its selected mechanical properties. In particular, it was shown that one of the quantities describing the structure of the rock - namely, the fracture network - grew significantly. As a consequence, vital changes could be observed in the following physical quantities characterizing the rock: primary wave velocity (vp), permeability coefficient (k), total porosity (n) and fracture porosity (η), limit of compressive strength (Rσ1) and the accompanying deformation (Rε1), Young’s modulus (E), and Poisson’s ratio (ν).

PL

Wśród wielu czynników wpływających na właściwości fizyczne i strukturalne skał jednym z najważniejszych jest bez wątpienia temperatura. Jej podwyższenie lub obniżenie może prowadzić do zmian struktury, spowodować przemiany fazowe składników, zmieniać skład chemiczny a wreszcie, stan skupienia skały. Procesy te mogą więc w istotny sposób zmienić właściwości fizyczne skały, co jest istotne między innymi z punktu widzenia szeroko rozumianego budownictwa podziemnego. Zmiany temperatury skały mogą wynikać z warunków naturalnych, w jakich się ona znajduje lub być konsekwencją działalności człowieka. Szczególnym przypadkiem takiej działalności jest budowa różnego typu składowisk podziemnych czy to magazynowych (np. magazyny paliw płynnych) czy też „podziemnych śmietników” na różnego rodzaju odpady, także promieniotwórcze. Artykuł skupia się na badaniach wpływu zmian temperatury na wybrane parametry mechaniczne i strukturalne granitów ze Strzelina. Autorzy skoncentrowali się na analizie zmian właściwości tych skał towarzyszących szybkim zmianom temperatury, w zakresie od temperatury pokojowej do 573ºC, czyli do temperatury, przy której zachodzi przemiana fazowa kwarcu β - α. Badania prowadzono na dwóch odmianach granitoidów z masywu Strzelin-Žulowa. Jedna z nich to odmiana „młodszą”, tzw. normalna, o charakterze adamellitu a druga to odmiana „starszą” wykazującą podobieństwo do gnejsów. Na potrzeby niniejszej pracy granit normalny nazywano granitem gruboziarnistym, a granit gnejsowaty - drobnoziarnistym. Procedura badawcza polegała na tym, że walcowe próbki skal umieszczano w piecu nagrzanym do zadanej temperatury, celem wywołania „szoku” termicznego. Stosowano temperatury 100, 200, 300 i 500 stopni Celsjusza. Po upływie 60 minut piec, w którym znajdowała się próbka wyłączano i stygł on wraz z próbką do temperatury pokojowej. Przyjęty czas wygrzewania miał zapewnić równomierne nagrzanie próbki w całej jej objętości. Wyznaczony on został na podstawie pomiarów przewodnictwa temperaturowego. Wyniki badań mikroskopowych przeprowadzone dla granitów wygrzewanych w opisany sposób wskazują, że istotną zmianą strukturalną jest powstanie nowych i (lub) rozrost już istniejących spękań. W pracy zaprezentowano wyniki badań ilościowych, które świadczą o tym, że zastosowana procedura grzania szokowego pociąga ze sobą wzrost spękań rozumiany zarówno jako wzrost ich długości jak i rozwartości a w konsekwencji ich powierzchni (patrz rys. 6), Ponadto spękania te są praktycznie niezauważalne pod mikroskopem optycznym i uwidaczniają się dopiero pod mikroskopem skaningowym, Analizując dwie odmiany granitu zauważono, że zdecydowanie większy wzrost spękań występuje w granicie gruboziarnistym. Jakkolwiek rozrost istniejących i powstanie nowych spękań nie są jedynymi zmianami strukturalnymi zauważonymi w podgrzewanych skałach (porównaj rozdział 3.1 i 3.2), to w rezultacie zaprezentowanych wyników badań przyjęto, że są one tym procesem, który wywiera największy wpływ na właściwości fizyczne badanych skał. W badanych nie zaobserwowano przemian fazowych. Zwrócono natomiast uwagę na niewielkie zmiany chemiczne. Ich przykładem może być np. oksydacja skaleni i biotytu, czego efektem jest opisana zmiana barwy biotytu (patrz rys. 5). Badania dylatometryczne, których wynik zaprezentowano na rys 17 pokazały, że względny przyrost wymiarów liniowych próbek skał towarzyszący zmianom temperatury w przyjętym zakresie osiąga 0,085% dla granitu drobno- i 0,11% dla gruboziarnistego. Zakładając, że granity można uważać za skały jednorodne i izotropowe można w tym momencie oszacować, że ich trwała zmiana objętości (dylatancja) będąca wynikiem grzania szokowego wyniesie odpowiednio 0,255% i 0,33%. Są to wartości tego samego rzędu, co pokazane wcześniej (rys. 16) wartości porowatości spękań. Potwierdzeniem przypuszczeń o związku pomiędzy przyjętą procedurą obróbki termicznej skały a powstawaniem w niej spękań są wyniki badań przepuszczalności oraz badań porozymetrycznych pokazane w rozdz. 4.2. Zależności widoczne na rys. 8, 9 i 10 pokazują, że dla badanych granitów wraz ze wzrostem temperatury grzania szokowego następuje wyraźny wzrost przepuszczalności i porowatości. Należy przy tym wziąć pod uwagę, że zarówno badania porozymetryczne jak i badania przepuszczalności dostarczają jedynie informacji na temat spękań otwartych, połączonych ze sobą i z brzegami próbki. Nie dają one natomiast żadnych informacji na temat spękań izolowanych. Analizując wyniki testów jednoosiowego ściskania stwierdzić należy, że dla badanego materiału wraz ze wzrostem temperatury grzania szokowego zaobserwowano spadek wytrzymałości oraz sztywności próbki (rys. 11 i 13) połączony ze wzrostem jej odkształcalności (rys. 12). Przyczyny takiego zachowania badanych próbek granitowych można powiązać z pojawianiem się - w wyniku procedury grzania szokowego - nowych oraz rozrostem istniejących już w próbce mikrospękań. W rozdziale 4.3 zaprezentowano wyniki pomiarów współczynnika Poissona. Dla badanych granitów trudno dopatrzyć regularności w zależności ν(Tg), co może być konsekwencją trudności związanych ze stosowaną techniką pomiaru odkształceń poprzecznych Wydaje się jednak, że anomalia zilustrowana na rys. 14 jest zjawiskiem fizycznym polegającym na tym, że deformacja poprzeczna szkieletu próbki podczas jej jednoosiowego ściskania powoduje zamykanie się w próbce tych spękań, które są odchylone od kierunku siły obciążającej. Reasumując należy stwierdzić, że w pracy wykazano, że wskutek przyjętej procedury ogrzewania i chłodzenia próbek w badanych granitach zachodzą mierzalne zmiany strukturalne pociągające za sobą istotne zmiany wybranych właściwości mechanicznych. W szczególności wykazano, że spośród wielkości charakteryzujących strukturę skały znaczącemu rozrostowi uległa sieć spękań. Konsekwencją tych zmian były znaczące zmiany takich charakteryzujących skałę wielkości fizycznych jak: prędkość podłużnej fali akustycznej (vp), współczynnik przepuszczalności (k), porowatość całkowita (n) i porowatość spękań (η), granica wytrzymałości na ściskanie (Rσ1) i towarzyszące jej odkształcenie (Rε1), moduł Younga (E) i współczynnik Poissona (ν).