Ograniczanie wyników
Czasopisma help
Autorzy help
Lata help
Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników

Znaleziono wyników: 32

Liczba wyników na stronie
first rewind previous Strona / 2 next fast forward last
Wyniki wyszukiwania
Wyszukiwano:
w słowach kluczowych:  materiały gradientowe
help Sortuj według:

help Ogranicz wyniki do:
first rewind previous Strona / 2 next fast forward last
1
Content available remote FGM based on copper–alumina composites for brake disc applications
EN
Copper–alumina composites of the interpenetrating networks type are interesting materials for many applications because of their properties. On the base of preliminary investigations and practical works, in order to obtain a material with high resistance to friction wear as well as good dissipation of heat generated during work, it was decided that a developed material would be prepared on the base of the Cu–Al2O3 composite, with a graded composition. In this paper, we present the developed method of manufacturing dense copper–alumina FGMs, using ceramic preform with a graded porosity infiltrated with molten copper. The article also presents the full characterization of the obtained materials and mainly the impact of microstructure on the useful properties. The produced gradient material of a Cu–Al2O3 brake disk underwent tribological tests under conditions resembling real conditions. These disks also went through a series of abrasive wear trials at different operation stages. In comparison with the reference material (i.e., grey cast iron), the obtained gradient materials are characterized by a lower degree of wear when retaining a similar coefficient of friction value due to the ceramic phase addition. Additionally, it was found that using the copper-based gradient material guarantees faster heat dissipation from the contact area.
EN
The goal of our work was to develop bulk structures characterized by a variable, controlled porosity, using additive manufacturing techniques (3D printing). A technology for the fabrication of bulk materials with controllable porosity has been developed. For that purpose, the samples with constant porosity were designed and then prepared, which allowed us to learn the possible limit values. Thus, we were able to optimize the design process at the stage of the preparation of the gradient structures.
PL
Niniejsza praca przedstawia proces opracowanie struktur przestrzennych charakteryzujących się zmienną, sterowaną porowatością, z wykorzystaniem technik wytwarzania przyrostowego (druku 3D). W ramach pracy opracowana została technologia wytwarzania materiałów o sterowanej porowatości. W tym celu zaprojektowane i wykonane zostały próbki o stałej porowatości. Pozwoliło to na poznanie możliwych do uzyskania wartości granicznych, co w konsekwencji skutkowało możliwością optymalizacji procesu projektowania na etapie tworzenia struktur gradientowych.
EN
Purpose: Functioning of mechanical friction systems largely depends on the characteristics of the structure of their surface layers. By controlling these parameters, it is possible to significantly adjust the reliability and durability of parts under the conditions of contact interaction. Design/methodology/approach: he proposed approach, which is based on the principle of nonlocality of the operational properties of materials, allows determining the optimal microhardness values of the surface layers and the gradient of this parameter, at which the contact durability of friction pair elements significantly increases. Findings: It is established that by adjusting the ratios of the surface strength of materials and its gradient, it is possible to achieve a significant increase in the operational parameters of friction units. Practical implications: The engineering relationship considered in the work allows to establish functional distributions of microhardness in the structure of surface layers, at which their wear reaches minimum values. Originality/value: Mathematical approaches are proposed, which allow determining the parameters of the structure of the surface layers of parts to increase their durability under conditions of friction contact loads.
PL
Zapotrzebowanie na nowe materiały kompozytowe nieustanie się zwiększa. Rosną również oczekiwania odnośnie jakości nowych kompozytów oraz metod ich wytwarzania. Aktualnie kierunki rozwoju w zakresie wytwarzania materiałów kompozytowych koncentrują się na poprawie właściwości oraz opracowaniu nowych metod pozwalających wytwarzać kompozyty gradientowe. Głównym problemem stawianym przed inżynierami podczas projektowania kompozytów gradientowych jest kontrolowanie rozmieszczenia cząstek wzdłuż wybranego kierunku. Jedną z metod pozwalających uzyskać kompozyt gradientowy z układu ceramika-metal jest odlewanie odśrodkowe mas lejnych (ang. centrifugal slip casting). Metoda ta łączy w sobie klasyczne odlewanie z gęstwy z działaniem siły odśrodkowej. Pozwala na wytworzenie gotowego wyrobu w kształcie tulei. Wytworzone kompozyty charakteryzują się gradientową budową. Prace prowadzone były dla układu Al2O3-Ni. Na ich przekroju można dostrzec trzy strefy różniące się rozmieszczeniem cząstek niklu.
EN
Demands for new composite materials are continuously increasing, as well as quality requirements for the new composites and methods of their preparation. Currently, directions of development in the production of composite materials focus on improving the properties and inventing of new methods to produce graded composites. The main problem for the engineers designing functionally gradient composites, is to control distribution of the particles along the gradient direction. One of the method to obtain FGM ceramicmetal composite is the centrifugal slip casting. This method combines the classical slip casting with the centrifugal force. It allows the production of finished products in the shape of a hollow cylinder. This investigation was carried out for the Al2O3-Ni system. The resulting composites are characterized by microstructure with the gradient concentration of nickel particles, which has a three-zone microstructure.
EN
The analysis of the current state of expert research of the failure of structural elements of railway rolling stock is presented. On the basis of the approaches of mechanics, mathematical and computer modeling the technique of establishing a mechanism for softening of parts and units of friction in the operation of rail transport is suggested.
EN
In this paper the problem of modelling graded materials in the form of a fibre composite with varying fibre diameter is considered. The aim of modelling was to determine the micro and macroscopic thermal properties of this type of material, in which the average thermal conductivity in relation to fibre saturation changes was calculated at any point of fibre FGM, and then the effective thermal conductivity of a whole layer of the material was determined. To do that, a unit cell of the material of given structure was isolated and the onedimensional heat flux passing through it was considered. As an effect of the investigation, the procedure of effective thermal conductivities calculation was presented and illustrated with a numerical example. Additionally the discrete and continuous approach to the effective thermal conductivities calculations were analysed and compared.
PL
W pracy zajęto się problemem modelowania włóknistych materiałów gradientowych o zmiennej średnicy włókien. Celem modelowania było określenie mikro i makro własności termicznych tego typu materiałów. Konsekwentnie, w dowolnym punkcie materiału gradientowego obliczono średni współczynnik przewodzenia ciepła w kierunku zmian nasycenia kompozytu włóknami a następnie określono efektywną przewodność cieplną całej warstwy materiału. W tym celu wyodrębniono elementarną komórkę materiału o określonej strukturze i rozpatrzono dla niej jednowymiarowy przepływ ciepła. Zaprezentowaną metodologię obliczania zastępczych współczynników ciepła zilustrowano numerycznym przykładem. Dodatkowo przeanalizowano i porównano dyskretne i ciągłe podejście do obliczenia zastępczych współczynników przewodzenia ciepła.
7
Content available remote Modelowanie wieloskalowe gradientowych kompozytów włóknistych
PL
W pracy przedstawiono metodę modelowania wieloskalowego materiałów gradientowych na przykładzie kompozytu włóknistego o zmiennej średnicy włókna. Celem modelowania było wyznaczenie makroskopowych własności materiałowych określających zmiany w materiale gradientowym. Obliczenia wykonano w oparciu o analizę naprężeń z wykorzystaniem metody elementów skończonych (MES) oraz homogenizacji numerycznej.
EN
The paper presents a method for multiscale modelling of graded materials, on the example of fiber composite with varying fiber diameter. The aim of modelling was to determine the macroscopic material properties, which define changes in graded material. Calculations were based on stress analysis by means finite element method and numerical homogenization.
8
Content available remote Analiza możliwości dwustanowiskowego systemu LENS
PL
Laserowe techniki przyrostowe to obecnie dynamicznie rozwijające się innowacyjne metody kształtowania w pełni funkcjonalnych elementów. W celu stworzenia Laboratorium Projektowania Materiałów i Szybkiego Wytwarzania zespół KZMiT WAT zakupił dwustanowiskowy system LENS. W pracy zaprezentowano osiągnięcia zespołu KZMiT w zakresie wytwarzania modelowych elementów zróżnicowanych materiałowo (Fe3Al, Ti6Al4V, H13), strukturalnie (jednorodne objętościowo, gradientowe typu 316/Fe3Al) i geometrycznie (proste i złożone kształty) za pomocą techniki przyrostowej LENS.
EN
Laser assisted additive manufacturing methods are now dynamically developed innovative fabrication methods of fully functional components. In order to create Laboratory of Materials Design and Rapid Manufacturing (LAPROMAW), a scientific team of Department of Advanced Materials and Technologies (KZMiT WAT) bought a two stand Laser Engineering Net Shaping (LENS) system. In this work, our recent achievements in the field of production of model components made of different materials, have been shown. The LENS manufactured components are characterized by a various structural and geometric (simple or complex shapes) features.
PL
W pracy analizowano rozpływ ciepła w wale kalandra, którego elementy konstrukcyjne mogą być wykonane z materiałów gradientowych. Podstawowym problemem eksploatacyjnym kalandrów jest nierównomierność rozkładu temperatur wzdłuż powierzchni roboczej kalandra. Równomierność rozkładu temperatur może być regulowana poprzez wprowadzenie między elementami grzewczymi wału a jego powierzchnią roboczą warstwy materiału o zmiennym, odpowiednio dobranym, współczynniku przewodzenia ciepła. W ramach pracy przeprowadzono optymalizację współczynnika przewodzenia ciepła w tej warstwie zakładając, że warstwa ta zbudowana jest z mieszaniny dwóch materiałów o wyraźnie różnych własnościach przewodzenia ciepła. Na etapie optymalizacji wykorzystano hybrydowy algorytm zbudowany z szeregowo połączonego zmiennoprzecinkowego algorytmu ewolucyjnego i algorytmu Hookea-Jeewesa. Analiza zachowania się konstrukcji była przeprowadzana metodą elementów skończonych.
EN
In the paper the analysis of a heat flow in a calender shaft, which elements can be made of functionally gradient materials, is considered. The main operational problem of calenders is nonuniform temperature distribution along the working surface. The uniformness of temperature distribution may be controlled by introducing the layer, made of gradient materials with well defined thermal properties, which should be introduced between heating elements and working surface. As part of the work, the optimization process was performed to find the proper distribution of heat conduction coefficient in this layer, assuming that the layer is composed of a mixture of two materials having significantly different heat conduction properties. During optimization process hybrid algorithm, consisted with evolutionary algorithm combined, in series, with Hooke-Jeewes method was used. The analysis of the state of the calendar was done with finite element method.
EN
The basic problem in the process of graded composite casting is to obtain electromagnetic buoyancy that should move the particles, but at the same time to avoid stirring of the liquid metal caused by the field non-uniformity that thwarts the effect of reinforcement segregation. The research presented in the paper was focused on adjusting the supply current, its frequency and the dimensions of the inductor so that the liquid metal flow reduced.
PL
Podstawowym problemem utrudniającym proces odlewania kompozytu gradientowego jest uzyskanie działania wyporu elektromagnetycznego przemieszczającego cząstki, przy jednoczesnym uniknięciu, niweczącego efekt segregacji zbrojenia, mieszania ciekłego metalu spowodowanego niejednorodnością pola sił. Prezentowane badania dotyczyły doboru częstotliwości zasilania, natężenia prądu i rozmiarów wzbudnika w celu ograniczenia ruchu ciekłego metal.
EN
The methods of manufacturing composites with spatial variation in the reinforcement distribution which exploit reinforcement segregation in the liquid matrix are among the most effective ones. However, methods based on density differences such as gravitational casting and centrifugal casting have their limitations in the range of reinforcement configurations that are possible to obtain. An alternative is to exploit the phenomenon of electromagnetic buoyancy occurring in situations where the particles and the matrix have different electric conductivities. This paper presents some possibilities of exploiting this phenomenon to obtain the local reinforcement of a bush made of aluminum alloy AK12 with SiC particles at its inner wall. The paper discusses the model of such a process and the effect of its parameters on the trajectories of the particles moving in the molten matrix.
PL
Techniki wytwarzania kompozytów o przestrzennej zmianie rozkładu zbrojenia poprzez jego segregację w ciekłej osnowie są jednym z bardziej efektywnych sposobów otrzymywania tego rodzaju materiałów. Jednakże metody oparte o różnice gęstości materiałów, takie jak odlewanie z segregacją grawitacyjną lub odlewanie odśrodkowe, mają pewne ograniczenia w zakresie możliwych do uzyskania konfiguracji zbrojenia. Alternatywą jest wykorzystanie zjawiska wyporu elektromagnetycznego występującego w przypadku cząstek różniących się konduktywnością elektryczną od osnowy. Artykuł przedstawia modyfikację tej metody opartą o zastosowanie wzbudnika wewnętrznego, której celem jest uzyskanie strefowego zbrojenia cząstkami odlewu ścianie wewnętrznej. Badania prowadzono na przykładzie tulei ze stopu aluminium AK12 zbrojonej cząstkami SiC. W pracy omówiono model takiego procesu oraz wpływ jego parametrów na trajektorie ruch cząstek zbrojenia w ciekłej osnowie.
12
Content available remote Gradient bonded Nd-Fe-B magnets
EN
The concept of fabricating disc magnets for application in stepper motors has been presented. The disc magnets are composed of two elements, magnetized in the opposite direction, having a gradient structure. Such a structure produces a effect similar to the one in multi-pole magnetizing, which is difficult to implement, especially for small size magnets. The magnets were processed using Nd-Fe-B powder bonded by an epoxy resin. As a novelty in this concept, one can regard the application of centrifugal casting, directing the magnetic particles to the region of the active part of the magnet i.e. the part interacting with the magnetic core. In the applied solution, an elongated part having axial symmetry and a cross-section equal to that of the thus designed magnet. It was shown that by the application of resin of a carefully chosen viscosity, one can obtain various distributions of powder particles along the radius of the magnet. A more favorable structure of the composite magnet for this particular application was achieved using low viscosity resin, which enabled movement of the entire powder towards the active part and provided a 43% filling ratio. The studies showed that the flake-shaped powder used in the experiment, shows a tendency to form a morphological texture, i.e. the flakes tend to locate themselves perpendicular to the radius of the cast magnet. This method of fabricating disc magnets for stepper motors provides substantial savings, resulting from using a smaller proportion of Nd-Fe-B powder while maintaining a high filling ratio in the active part of the magnet.
PL
Przedstawiono koncepcję wytwarzania magnesów tarczowych do silników krokowych jako magnesów złożonych z dwóch, namagnesowanych przeciwnie, elementów o gradiencie struktury. Badana konstrukcja zapewnia taki efekt, jak magnesowanie wielobiegunowe, które jest trudne do przeprowadzenie, zwłaszcza dla magnesów o małych wymiarach. Otrzymano magnesy z proszku Nd-Fe-B wiązanego chemoutwardzalną żywicą epoksydową. Nowatorskim pomysłem było zastosowanie odlewania odśrodkowego, aby cząstki proszku znajdowały się jedynie w obszarze czynnym magnesu, tzn. w części współpracującej z magnetowodem. W zastosowanym procesie uzyskiwano podłużną, osiowosymetryczną kształtkę o takim przekroju, jak założony kształt magnesu. Magnesy otrzymywano, tnąc kształtkę prostopadle do jej osi. Wykazano, że dzięki zastosowaniu żywicy o odpowiednio dobranej gęstości można uzyskać różne rozmieszczenie cząstek proszku wzdłuż promienia magnesu. Korzystniejszą strukturę materiału, do opisanego zastosowania, uzyskano, stosując żywicę o małej lepkości. Pozwoliło to na przemieszczenie całego proszku magnetycznie twardego do części czynnej magnesu i uzyskanie współczynnika wypełnienia 43%. Z przeprowadzonych badań wynika również, że użyty proszek płatkowy posiada tendencję do tworzenia tekstury morfologicznej, tzn. płatki proszku dążą do ułożenia prostopadłego do promienia odlewanego magnesu. Opisana metoda wytwarzania tarczowych magnesów do silników krokowych pozwala na znaczące oszczędności, wynikające z mniejszego średniego udziału proszku Nd-Fe-B, przy zachowaniu wysokiego współczynnika wypełnienia w części czynnej magnesu.
13
Content available Damage modeling in graded layer system
EN
The simplified approach to the modelling of low cycle fatigue (LCF) of functionally graded materials (FGM) based on the continuum mechanics is presented. The fatigue damage model takes into account the mechanical part of the load and a constant service temperature. The concept of FGM as a particle-reinforced metal-matrix composite with gradual change of the reinforcement fraction is used. The FGM is considered as a material consisting of homogeneous layers containing different volume fractions of the reinforcement. The variation of the reinforcement fraction changes the material properties for each layer. The different material properties are obtained according to modified rule of mixture. Since the fatigue damage of metal matrix composites is strongly influenced by the inelastic deformation of the metallic matrix, the constitutive equations of LCF damage model are taken into consideration. The combined isotropic/kinematic hardening model with linear behaviour of isotropic and kinematic parts of hardening is adopted. The damage scalar parameter is associated with the plastic energy dissipation which is used to update the material properties. The fatigue damage model presented in this paper is applied to the fatigue damage analysis of the cooling channel of thruster used in space shuttles and rockets.
14
PL
W pracy przedstawiono analizę statyczną i dynamiczną wyboczenia płyt z materiałów gradientowych poddanych jednokierunkowemu ściskaniu. Udział objętościowy ceramiki i metalu zmienia się według funkcji wykładniczej po grubości płyty. Rozważane są płyty prostokątne przegubowo podparte na wszystkich brzegach. Analizowane są stany krytyczne i zakrytyczne dla obciążeń statycznych oraz zachowanie płyty pod wpływem obciążeń impulsowych o skończonym czasie trwania. Rozwiązanie uzyskano metodą elementów skończonych. Gradacja właściwości płyty nasuwa problemy z realizacją warunków brzegowych (przegubowe podparcie, obciążenie przemieszczeniem) przyjętych w modelu obliczeniowym, prowadzące do różnic w otrzymanych wynikach.
EN
The paper presents an analysis of static and dynamic buckling of FGM plates subjected to axial compression. The volume fraction of ceramic and metal varies through the thickness of the plate according to the simple power law. Rectangular plates considered are simply supported along all edges. The static buckling and nonlinear postbuckling states are analyzed as well as the dynamic behaviour under pulse load of finite duration. The solution was obtained with FEM application for pulse loads. The gradation of constituents properties through the plate thickness raises problems with the implementation of boundary conditions ( force control versus displacement control), adopted in the applied numerical model , leading to differences in obtained results.
EN
Purpose: of this paper was to describe electrical properties of epoxy-hard coal functionally gradient polymeric materials. The experimental part describes preparation of the cylindrical samples of the polymeric gradient material by centrifugal casting method. Influence of casting velocity on electrical surface resistance and surface resistivity was measured and analysed. Design/methodology/approach: The specimens were prepared using centrifugal casting method. Composites with epoxy resin as a matrix and with respectively 3; 4.32; 7.5; 10.68 and 12%vol of two hard coal types as a filler were cast. Surface resistivity was applied as a measure of electrical properties. The idea of the test was to define electrical resistivity in radial direction with different content and type of conductive component (hard coal). First, specimen’s diameter was measured and electrical resistivity was tested. Next, outer layer with thickness about 0,1 mm was removed by turning and electrical measurements performed. The procedure was repeated for all subsequent layers. Findings: The experimental results demonstrated that casting velocity have pronounced influence on surface resistivity of these materials. Hard coal together with epoxy resin formed gradient composite material with different filler content in subsequent layers. Research limitations/implications: The generated graded structure could be controlled only in limited extend by varying rotation speed and material characteristics of components, such as hard coal content and particles size and shape. Originality/value: Hard coal particles were distributed in epoxy resin by centrifugal casting method in order to create functionally graded materials (FGMs). At present, no information is available on the influence of the casting velocity on the electrical properties of these composites. This paper is original also because in the research programme electrical properties of new type of polymeric gradient composites were tested and presented.
EN
Graded materials are generally two - phase composities with continously varying volume fraction. Numerous experiments indicate that used as the coatings attached to the conventional steel body and interfacial zones they can reduce the magnitude of mechanically and/or thermally induced stresses. In this paper the wheel - rail contact problem including friction and wear is considered. The rail is assumed to be covered with a coating. The mechanical properties of the coating material depend on its distance to the rail surface and are governed by power law. In the paper quasistatic approach to solve numerically this rolling contact problem is employed. This approach is based on the assumption that for the observer moving with the rolling wheel the displacement of the rail is independent on time. Finite element method is used as a discretization method. Numerical results are provided and discussed.
PL
Materiały gradientowe są w ogólnym przypadku dwufazowymi kompozytami, których fazy zmieniają się w sposób ciągły. Liczne eksperymenty badawcze wskazują, że materiały te wykorzystane jako pokrycie konstrukcji wykonanych ze stali lub jako warstwy pośrednie pomiędzy powierzchniami w kontakcie redukują naprężenia mechaniczne lub termiczne. W artykule rozważa się zagadnienie kontaktu tocznego koło - szyna ze zjawiskiem tarcia oraz zużycia. Zakłada się, że szyna jest pokryta sprężystym materiałem gradientowym. Własności mechaniczne tego materiału zależą od jego odległości od powierzchni szyny i opisane są funkcją potęgową. W pracy wykorzystuje się podejście quasistatyczne do numerycznego rozwiązania zagadnienia kontaktu tocznego. Podejście to opiera się na założeniu, że dla obserwatora poruszającego się wraz z toczącym się kołem przemieszczenie szyny nie zależy od czasu. Metoda elementu skończonego jest wykorzystana jako metoda dyskretyzacji. Przedstawiono i przedyskutowano wyniki eksperymentów numerycznych.
PL
Praca dotyczy możliwości charakteryzowania struktury, otrzymywania oraz właściwości elektrochemicznych materiałów gradientowych. Wyniki były uzyskane w trakcie realizacji zadania 5 projektu zamawianego PBZ/100/5/2004. Problemy badań struktury obejmowały niektóre metody rentgenowskiej analizy dyfrakcyjnej (SKP, reflektometria) i metody mikroskopii elektronowej. Do otrzymywania materiałów gradientowych zastosowano metodę elektrolitycznego osadzania. Właściwości materiałów, efektywność wydzielania wodoru analizowano metodami klasycznymi i elektrochemiczną spektroskopią impedancyjną. Stwierdzono, że w badaniach struktury materiałów gradientowych należy łączyć metody SKP i reflektometrię, szczególnie dla materiałów o liniowym gradiencie. W wyznaczeniu parametrów sieciowych faz i wielkości ich krystalitów należy w metodzie SKP stosować poprawki na zmianę położenia i szerokość refleksu dyfrakcyjnego. W analizie materiałów gradientowych techniką mikroskopii elektronowej należy posługiwać się opracowanym programem komputerowym ElDif i HOLZAK. Programy te znacznie ułatwiają analizę fazową oraz wyznaczenie stałej sieciowej. Za pomocą techniki CBED i techniki obrazów fazowych istnieje możliwość wyznaczania naprężeń w materiałach gradientowych. W badaniach elektrochemicznych wykazano, że metodą elektrolitycznego osadzania istnieje możliwość, dla pewnych układów metali, otrzymać powłoki charakteryzujące się liniowym lub skokowym gradientem zmiany składu chemicznego. Efektywność wydzielania wodoru na powłokach gradientowych jest znacznie lepsza niż na powłokach otrzymanych z oddzielonych ich składników. W pracy wykazano pełną przydatność elektrochemicznej spektroskopii impe-dancyjnej, zarówno w badaniach procesu otrzymywania materiałów gradientowych, jak i w badaniach ich właściwości.
EN
The work presents results, which were focused on studies of possibility in: structure characterization, method of production and electrochemical properties of gradient materials. Results were obtained during realization of the grant PBZ/100//5/2004. The problems of structure investigations included some methods of X-ray diffraction analysis (SKP, reflectometry) and methods of electron microscopy. The gradient materials were obtained by electrochemical deposition method. The properties of these materials like the efficiency of hydrogen evolution reaction were analyzed using classical methods and the electrochemical impedance spectroscopy. It was ascertained that for investigation of structure of gradient materials, the SKP and reflectometry methods should be connected, particularly in the case of materials with linear gradient. In order to determined the phase lattice parameters and the size of crystallites, the correction of position and width of diffraction reflexes in the SKP method should be applied. The elaborated EIDif and HOLZAK computer programs should be used for analysis of gradient materials by the electron microscope technique. These programs considerably facilitate the phase analysis and lattice constant determination. Determination of stresses in gradient materials is possible by applying CBED and phase picture techniques. On the base of the electrochemical research it was ascertained, that the layers with linear and alternate gradient of chemical composition for some metals system, may be obtained by electrochemical deposition. The efficiency of the hydrogen evolution process and of gradient materials is considerable better in comparison with individual component layers. The suitability of electrochemical impedance spectroscopy in investigations of production process and the properties of gradient materials, were stated in this work.
PL
W pracy przedstawiono wykorzystanie uogólnionych poprzecznych fal powierzchniowych do określenia rozkładów parametrów sprężystych w niejednorodnych materiałach gradientowych na przykładzie próbek stalowych poddanych procesowi hartowania laserowego. W artykule omówiono zastosowanie ultradźwiękowych fal objętościowych i powierzchniowych (rys. 1, 2) do wyznaczania parametrów mechanicznych materiałów. Fale ultradźwiękowe są falami mechanicznymi. Ich własności zależą od własności mechanicznych i mikrostruktury ośrodka, w którym się rozchodzą. Zaletą metod ultradźwiękowych w stosunku do metod mechanicznych badania materiałów jest to, że są one nieniszczące i dają się skomputeryzować, dzięki temu można je stosować bezpośrednio na linii produkcyjnej (in situ) do pomiaru parametrów mechanicznych materiałów. Szczególną uwagę zwrócono na znaczenie poprzecznych fal powierzchniowych, tzn. fal Love'a (rys. 2a, b) i uogólnionych poprzecznych fal powierzchniowych (UPFP) (rys. 3), w badaniach parametrów sprężystych w materiałach gradientowych (Functionally Graded Materials - FGM). Zaletą tych fal w stosunku do powierzchniowych fal Rayleigha jest to, że mają one tylko jedną składową przemieszczenia mechanicznego w przeciwieństwie do fal Rayleigha, które mają dwie składowe. Z tego powodu znacznie upraszcza się opis matematyczny rozchodzenia się poprzecznych fal powierzchniowych w ośrodkach gradientowych. Energia tych poprzecznych fal powierzchniowych (w przeciwieństwie do innych typów fal, np. płytowych fal Lamba) skupiona jest w warstwie powierzchniowej. Głębokość wnikania poprzecznych fal powierzchniowych zależy od częstotliwości. Dlatego nadają się one szczególnie do badania profili własności mechanicznych w niejednorodnych materiałach gradientowych. Zmierzono krzywe dyspersji (rys. 7, 8) poprzecznych powierzchniowych fal typu UPFP rozchodzących się w falowodach powstałych w próbkach stalowych na skutek działania promienia laserowego (rys. 6). Pomiaru krzywych dyspersji (zależności prędkości fali od częstotliwości) dokonano w skomputeryzowanym laboratoryjnym układzie badawczo-pomiarowym, (rys. 4, 5). Prędkość fali UPFP wyznaczono mierząc czas przelotu pomiędzy kolejnymi echami fali ultradźwiękowej. Sformułowano i rozwiązano problem prosty (proste zagadnienie Sturma-Liouville'a) opisujący rozchodzenie się fal UPFP w niejednorodnych ośrodkach gradientowych. Stosując metodę wariacyjną (iloraz Rayleigha), przedstawiono postępowanie odwrotne (odwrotne zagadnienie Sturma-Liouville'a), pozwalające określić rozkład własności sprężystych w funkcji głębokości w badanym materiale niejednorodnym. Korzystając ze zmierzonych krzywych dyspersji fal UPFP oraz ze sformułowanego postępowania odwrotnego wyznaczono rozkłady współczynnika podatności sprężystej ścinania w funkcji odległości od powierzchni (rys. 9, 10), oraz głębokości hartowania w próbkach stalowych (stal 45) poddanych procesowi hartowania laserowego.
EN
In the paper the application of the generalized shear surface waves for the determination of the elastic parameters of non-uniform graded materials, based on the example of steel samples subjected to the laser hardening was presented. In the article, the use of the bulk and surface ultrasonic waves (Fig. 1, 2) for evaluation of the mechanical parameters of materials is discussed. Ultrasonic waves are mechanical waves and their parameters depend on the mechanical and microstructural properties of materials where these waves propagate. Ultrasonic methods for investigation of the material properties are non-destructive methods. This is a main advantage of the ultrasonic methods in relation to the mechanical methods used for investigation of the mechanical properties of materials. Moreover, ultrasonic methods can be computerized. Due to this reason, ultrasonic methods can be employed directly on the production line for measuring the mechanical parameters of materials. The importance of the shear surface waves (i.e., Love waves, Fig. 2a, b) and generalized shear surface waves (Fig. 3) in the investigations of elastic parameters of graded materials (Functionally Graded Materials - FGM) was stressed. Rayleigh surface waves posses two components of the mechanical displacement. The shear surface waves posses only one component of the mechanical displacement what is an advantage. Due to this reason, the mathematical description of the propagation of the shear surface waves is simpler than that using the Rayleigh waves. Energy of the shear surface waves (in contrast to the other types of waves, e.g., plate Lamb waves) is concentrated in the surface layer. The penetration depth of the shear surface waves depends on frequency. Therefore, they are very useful to determine the profiles of the mechanical properties of non-homogeneous graded materials. The dispersion curves of the generalized shear surface waves propagating in waveguides produced in steel samples (Fig. 6) subjected to laser hardening were measured (Fig. 7, 8). The dispersion curves (dependence of wave velocity on frequency) were measured in the computerized laboratory measuring set-up (Fig. 4, 5). Velocity of the shear surface wave was evaluated by measuring time-of-flight between two subsequent echoes of an ultrasonic surface wave. The direct problem (direct Sturm-Liouville problem) for propagating generalized shear surface waves was formulated and solved. Employing the variational method (Rayleigh quotient), the inverse method (inverse Sturm-Liouville problem) was presented which enabled the determination of the profiles of elastic properties as a function of depth in the investigated non-homogeneous material. By using the measured dispersion curves of the generalized shear surface waves and developed inverse procedure, the distributions of the elastic compliance versus depth (the distance from the surface of steel 45 exposed to laser hardening) were determined (Fig. 9, 10), along with the case depths in the investigated steel samples.
19
Content available Numerical simulation of thermal shock of FGMS disks
PL
Praca zawiera opis symulacji numerycznej szoku termicznego w cylindrycznych próbkach kompozytowych o zróżnicowanej grubości. Próbki wykonano z materiałów gradientowych na bazie aluminy Al2O3, z warstwami o zróżnicowanej zawartości cyrkonii zro2 w każdej warstwie. W celu przeprowadzenia oceny otrzymanych wyników numerycznych wykonano eksperyment. Wykorzystywane w obliczeniach parametry materiałowe obliczono w oparciu o wzory zaczerpnięte z teorii mieszanin. Symulację przeprowadzono wykorzystując metodę elementów skończonych zaimplementowaną w programie LS-Dyna. Modele numeryczne symulacji składały się z siatki elementów bryłowych 6 i 8-węzłowych z 3 stopniami swobody w każdym węźle, opisującej 5-stopniowy wycinek krążka. Odpowiedni sposób zdefiniowania warunków brzegowych umożliwił zmniejszenie wielkości zadania numerycznego poprzez wykorzystanie osiowej symetrii Otrzymane wyniki symulacji numerycznej pozwalają ocenić poziom naprężeń w materiale gradientowym poddanym szokowi termicznemu. Pozwalają na świadome kształtowanie odporności termicznej barier cieplnych, nie tylko modyfikując ich grubość, ale również skład chemiczny warstw. Zestawienie wyników symulacji numerycznej i eksperymentu pokazuje niewielkie różnice w przebiegach wykresów temperatur, co świadczy o poprawności zamodelowania zjawiska.
EN
The paper presents a description of the numerical simulation of the thermal shock in cylindrical composite specimens of diversified thickness. The specimens were made of graded materials (Al2O3 with various admixture of ZrO2). The material parameters used in numerical calculations were calculated on the grounds of the mixture method. The simulation was carried out using the Finite Element Method implemented in the LS-Dyna code. The results of numerical calculations were verified experimentally. The aim of the paper is theoretical modelling of the thermal shock problem in a strip made of functionally graded composite (FGMs). The distributions of thermal are analyzed respectively by thermo-mechanical finite element analysis (FEA). The propagation of stress in fgms is studied numerically by means of the LS Dyna code. The numerical simulation demonstrates the applicability of the algorithm to the modeling of FGM without any averaging procedure. The thermal shock resistance of disks (780 centigrade) was evaluated by sudden cooling with a high-velocity nitrogen jet at room temperature (20 centigrade).
20
Content available remote Methods of preparing polymeric gradient composites
EN
Purpose: The goal of this work is to introduce basic methods of preparing polymeric gradient materials, which allow to join two different components to ensure the required properties and structure of the functionally gradient materials. Design/methodology/approach: In this paper few of methods of preparing functionally gradient polymeric materials are briefly described which were successful employed in many investigations performed during last few years. Findings: It was noticed that the knowledge about polymeric gradient materials is still developing what can allow to manufacture new products characterized by unique properties. Research limitations/implications: Most of methods presented in this paper are also used for conventional products, the difference between conventional products and products with gradient are quantity of components, shape and size of reinforcements, and properties of ready materials. Practical implications: Presented methods can be applied in preparing FGMs for future research programmes and also in industrial processes. Originality/value: Techniques are presented that can be useful in future scientific work concerning functionally gradient materials containing polymer materials.
first rewind previous Strona / 2 next fast forward last
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.