Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Gradientowa struktura żeliwa sferoidalnego

100%

Fraś E. , Górny M. , Lopez H.

Archiwum Odlewnictwa

|

2006

|

tom R. 6, nr 18/2

39--44

PL

Badania wykonano z wykorzystaniem super cieńkościnnych odlewów z żeliwa sferoidalnego. Określono ich strukturę oraz gradienty: gęstości kulek grafitu, udziału ferrytu oraz eutektyki cementytowej. Przedstawiono podstawy teoretyczne spadku temperatury w odlewach oraz jego związku z kształtowaniem się gradientów strukturalnych. Wyniki obliczeń teoretycznych zweryfikowano doświadczalnie oraz obliczono także absolutną wartość skłonności żeliwa do zabieleń.

EN

Researches using super thin-walled castings made of ductile iron were made. Structure and gradients of density of graphite nodules, ferrite and cementite eutectic fraction were determined. It has been presented theoretical basis of temperature drop in castings and its relationship with the formation of gradients in structure. Results of theoretical computations were experimentally werified and also the absolute value of chilling tendency was calculated.

2

Wytwarzanie materiałów gradientowych technologiami przetwórstwa tworzyw polimerowych

100%

Stabik J. , Chomiak M. , Dybowska A. , Suchoń Ł.

|

tom [R.] 17, nr 3

221-225

PL

W artykule przedstawiono możliwości wykorzystania technologii przetwórstwa tworzyw polimerowych do wytwarzania materiałów gradientowych. Na wstępie krótko scharakteryzowano polimerowe materiały gradientowe a następnie przedstawiono wybrane technologie ich wytwarzania. Uwagę skupiono na takich technologiach jak odlewanie swobodne, odlewanie odśrodkowe, prasowanie, współwytłaczanie oraz polimeryzacja "in situ". Podano również przykłady wytworzonych materiałów i możliwości ich wykorzystania.

EN

The paper presents possibilities of application of plastics processing technologies to graded materials manufacturing. At the beginning Polymer Graded Materials (PGMs) are shortly characterized, next chosen technologies of their manufacture are presented. Attention is focused on such technologies as casting, centrifugal casting, pressing, co-extrusion and "in situ" polymerization. Examples of ready Polymer Gradient Materials and possibilities of their applications are also presented.

3

Spajanie stali żaroodpornych z ceramiką Al2O3 z wykorzystaniem materiału gradientowego

88%

Barlak M.

|

tom R. 73, nr 8-9

54-55

4

Thin wall ductile iron castings as a gradient material

75%

Fraś E. , Górny M. , Lopez H. F.

|

2006

|

tom Vol. 51, iss. 3

424-431

EN

In this paper a theoretical structural analysis of super thin walled casting made of ductile iron is presented. Analysis shows that such castings have inhomogenius gradient structure, manifested by different: number of graphite nodules and ferritte and cementite fraction as a result of altered cooling rate along casting length. Critical distance above which the chills will be presents and graditent of graphite nodule count is inteoduced. Theoretical investigations were experimentally verified for a casting with 1.6 mm wall thickness where graphite nodule count N, ferrite ff and cementite eutectic fc fraction and gradients GN, Gff, Gfc as a function of distance from runner were estimated. Finally rather a good agreement was found between the theoretical predictions and the experimental outcome.

PL

W pracy przedstawiono teoretyczna analizę strukturalną super cienkosciennych odlewów z żeliwa sferoidalnego. Analiza wykazuje, że takie odlewy mają niejednorodną strukturę gradientową, przejawiającą się: różną liczbą kulek grafitu, udziałem ferrytu oraz eutektyki cementytowej jako efekt zmiennej szybkości stygnięcia. W pracy przedstawiono wyrażenie na krytyczną odległość, powyżej której wystepują zabielenia w odlewie oraz gradient liczby kulek grafitu. Badania teoretyczne zostały zweryfikowane dla odlewu o grubości ścianki 1.6 mm gdzie określono liczbę kulek grafitu, udział ferrytu ff i cementytu fc oraz gradienty GN, Gff, Gfc w funkcji odległości od belki wlewowej. Wykazano, że przedstawiona teoria dobrze opisuje wyniki eksperymentalne.

5

Inżynieria spajania materiałów zaawansowanych. Osiągnięcia i perspektywy

75%

Włosiński W.

|

tom R. 73, nr 8-9

17-22

6

Zastosowanie mas lejnych do otrzymywania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu

75%

Szafran M. , Bobryk E. , Gizowska M. , Rosłoniec G. , Konopka K.

Kompozyty

|

2007

|

tom R. 7, nr 3

126-129

PL

Przedstawiono badania nad zastosowaniem mas lejnych do otrzymywania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu. Masy lejne przygotowano z mieszaniny proszku Al2O3 i Fe, gdzie żelazo stanowiło 3% objętości mieszaniny. Zastosowanym rozpuszczalnikiem była woda destylowana. Ponadto w skład masy wchodziły spoiwo i taki układ upłynniaczy, który nadaje masie lejnej odpowiednie właściwości reologiczne. Masy lejne odlewano do form gipsowych, otrzymując kształtki o średnicy ok. 10 mm i wysokości 20 mm. Gradient stężenia cząstek metalu realizowano na dwa sposoby. Pierwszy z nich polegał na swobodnej sedymentacji cięższych cząstek żelaza pod wpływem siły ciężkości. Takie zjawisko może zajść jedynie wtedy, kiedy średnia odległość między cząstkami proszku ceramicznego w masie lejnej jest większa od średnicy cząstek metalu. Należy przy tym pamiętać, że odległości te są tym mniejsze, im mniejsza jest średnica zdyspergowanego proszku oraz im większe jest stężenie fazy stałej w zawiesinie. Przy zastosowaniu tej metody gradient stężenia cząstek metalu na wysokości kształtki otrzymano, wychodząc z masy lejnej o stężeniu fazy stałej 39,5% obj. W przypadku wymuszenia ruchu cząstek żelaza w polu magnetycznym w kierunku silnego magnesu możliwe jest uzyskanie gradientu stężenia cząstek metalu, stosując wyjściową masę lejną o stężeniu fazy stałej równej 42,6-50% obj.

EN

The main advantage of ceramic-metal composites is an increase of the fracture toughness of the brittle ceramic matrix. Functionally graded materials (FGM) in the mentioned system provides possibility to obtain material which properties such as fracture toughness, thermal, electrical conductivity etc. change as a function of distance from the surface of material. In the paper the method of ceramic-metal composites with gradient concentration of metal particles is presented. Slip casting was chosen as a composite forming method. The gradient was obtained by means of iron particles sedimentation under gravitation force. In the samples produced from more concentrated slurries magnetic field had to be used in order to obtain a FGM. The slurry consisted of a mixture of iron and alumina powders, liquidizers, surface-active agents and binders and water as a solvent. The composites Al2O3-Fe were fabricated from the slip casting slurry containing 39.5, 42.6, 50% (by volume) solid state. Obtaining FGM by the sedimentation in the gravity force field is possible only when the distance between the dispersed particles/agglomerates is bigger then the diameter of metal particle. Otherwise magnetic field applying is indispensable. Using magnetic field leads to graded character of iron particles distribution in samples produced from more concentrated slurries. Moreover metal particles agglomerates are situated along the magnetic field lines. A fluctuation of iron particles surface in a sample produced from slurry with high solid state concentration of 50% by volume, which is desirable in ceramic technological processes, proving graded distribution of iron along the axis of the composite sample.

7

Kompozyty ceramika-metal otrzymywane z wykorzystaniem ceramicznych mas lejnych

75%

Gizowska M. , Szafran M. , Bobryk E. , Wasilewski Ł. , Konopka K.

Kompozyty

|

2008

|

tom R. 8, nr 1

53-58

PL

Przedstawiono wyniki badań nad otrzymywaniem kompozytów ceramika-metal metodą odlewania mas lejnych na bazie proszków metalicznego i ceramicznego w formach gipsowych. Otrzymano kompozyty o osnowie z tlenku glinu z dwoma rodzajami fazy rozproszonej: z proszkiem żelaza oraz proszkiem niklu, dodawane w ilości 3% obj. w stosunku do fazy stałej. W roli rozpuszczalnika stosowano wodę destylowaną. W skład masy wchodziła także kompozycja upłynniaczy, nadająca masie lejnej odpowiednie właściwości reologiczne, związki powierzchniowo czynne oraz spoiwo. Środowisko masy lejnej i zjawiska zachodzące w obszarze podwójnej warstwy elektrycznej otaczające cząstki wpływają na mikrostrukturę kompozytów. Stosując proszek żelaza, można otrzymać kompozyty z gradientem stężenia cząstek żelaza poprzez dobór warunków (stężenie fazy stałej w masie lejnej, sił powodujących ruch cząstek żelaza). W przypadku proszku niklu w stosowanym środowisku występuje efekt heteroflokulacji (związany z przyciąganiem elektrostatycznym cząstek Al2O3 i Ni o przeciwnym wypadkowym ładunku warstwy podwójnej), sprzyjający równomiernej dystrybucji cząstek metalu w objętości próbki.

EN

In the study the results of researches considering the use of slip casting method in fabrication ceramic-metallic composites are presented. Slurry consisted of ceramic ([alpha]-Al2O3) and metallic powder suspended in water with addition of a liquidizers' composition (citric acid and diammonium citrate), surface-active agents and binders. Nickel (of average particle diameter 2.13 žm and density of 8.9 g/cm3) and iron (of average particle diameter 4 žm and density of 7.81 g/cm3) powders were used as a metallic phase. Both were added in amount of 3% by volume (in reference with total solid state amount). In the proposed environment (e.i. water as liquid medium, deflocculants) it is possible to control the distribution of iron particles in alumina matrix by means of solid state content in slurry, the forces causing the metal particles movement etc. Ceramic-metallic composites Al2O3-Fe with graded concentration of Fe particles were obtained by gravity sedimentation of heavier iron particles and by additional forcing the movement of iron particles in magnetic field. In the latter case higher concentration of solid state in the slurry could be used. The double layer surrounding the suspended iron and alumina particles has in both cases positive charge and there is so electrostatic attraction between them. The gradient of metallic particles concentration can be obtained when distance between the suspended particles in the slurry is bigger then the average metal particle diameter. Nickel particles in water show very low pH value of isoelectric point and in the produced slurry heterofloculation was observed. This effect can guarantee homogeneous distribution in Al2O3-Ni composites obtained via slip casting method.

8

Gradient composite materials for artificial intervertebral discs

75%

Migacz K. , Chłopek J. , Morawska-Chochół A.

|

tom Vol. 16, no. 3

3--12

EN

Composites with the gradient of the Young’s modulus constitute a new group of biomimetic materials which affect the proper distribution of stresses between the implant and the bone. The aim of this article was to examine the mechanical properties of gradient materials based on carbon fibre-polysulfone composite, and to compare them to the properties of a natural intervertebral disc. Gradient properties were provided by different orientation or volume fraction of carbon fibres in particular layers of composites. The results obtained during in vitro tests displayed a good durability of the gradient materials put under long-termstatic load. However, the configuration based on a change in the volume fraction of the fibres seems more advantageous than the one based on a change of the fibres’ orientation. Studied materials were designed to replace the intervertebral disc. The effect of the Young’s modulus of the material layers on the stress distribution between the tissue and the implant was analyzed and the biomimetic character of the gradient composites was stated. Unlike gradient materials, the pure polysulfone and the non-gradient composite resulted in the stress concentration in the region of nucleus pulposus, what is highly disadvantageous and does not occur in the stress distribution of natural intervertebral discs.

9

Kompozyty Al203-Cr jako gradientowa warstwa pośrednia w złączach ceramika korundowa-stal chromowa

63%

Pietrzak K. , Chmielewski M.

|

tom R. 3, nr 8

434-438

PL

Przedstawiono wybrane wyniki badań spajania ceramiki Al2O3 ze stalą H25T z wykorzystaniem materiału gradientowego spiekanego z trzech warstw o różnych składach z nanoproszków Al2O3 i mikroproszków Cr. Po analizie numerycznej metodą elementów skończonych (MES) do badań przyjęto materiał gradientowy o grubości wyjściowej każdej warstwy około 2 mm. Pozwoliło to na ponad 5-krotne obniżenie wartości naprężeń własnych w stosunku do złącza bezpośredniego. Odpowiedni sposób wymieszania proszków (rys. 1) i odpowiednio dobrane parametry procesu spiekania pozwoliły na uzyskanie wysokiego stopnia spieczenia materiału gradientowego (tab. 1, rys. 3). Przedstawiono również warunki procesu otrzymywania złącza i jego strukturę (rys. 7).

EN

This paper presents the results of the investigations of the Al2O3 ceramics to H25T steel joining process using sintered nanopowder Al2O3-micropowder Cr three-layer graded material. After the FEM analysis the initial thickness about 2 mm of each layer has been chosen to fabricate the graded material. The residual stresses in Al2O3-FGM-H25T steel joint (g(FGM) = 4.5 mm) compare to direct joint were about five times lower. Thanks to the appropriate manner of mixing and the appropriate conditions of sintering process the degree of sintering of the obtained graded materialł was high (Figs. 1, 3, Tab. 1). This paper presents also the conditions of joining Al2O3 ceramics to H25T steel using elaborated graded material and their structure (Fig. 7).

10

Effect of the substrate geometry on the residual stress state induced in a heat sink-laser diode system

63%

Chmielewski M. , Kaliński D. , Pietrzak K. , Golański D.

|

tom T. 37, nr 3

21-29

EN

The thermal residual stresses generated during the joining process are very important in the technology of ceramic-metal joints. The distribution and magnitude of these stresses mostly depend on the differences in the thermal and mechanical properties of the components being joined, on the joining technique employed and also on the geometry of the joint. The knowledge of the effects exerted by each of these factors permits designing joints with the most advantageous distribution of stresses, so as to avoid or restrict their adverse effect on the operation of the system. In the present study, the residual stress state induced in a heat sink-laser diode system with various geometries of the heat-dissipating component was analyzed using the finite element method. The substrate was an aluminum nitride ceramic/copper joint. The variation of the stress level on a cross-section of the joint was examined and the stress concentration regions were determined. Based on the results obtained, the optimum configuration of the joint was found, such that ensured the maximum possible reduction of residual stresses.

PL

W technologii połączeń ceramiczno - metalowych bardzo istotnym czynnikiem są termiczne naprężenia własne, generowane w trakcie procesu spajania. Na ich rozkład i wielkość największy wpływ mają różnice we właściwościach cieplnych i mechanicznych spajanych elementów, rodzaj techniki spajania, a także geometria samego układu. Znajomość oddziaływania poszczególnych czynników pozwala projektować połączenia o najkorzystniejszym rozkładzie naprężeń, tak aby uniknąć bądź ograniczyć ich niekorzystny wpływ na pracę gotowych wyrobów. W pracy wykorzystano metodę elementów skończonych do analizy stanu termicznych naprężeń własnych w układzie odbiornik ciepła - dioda laserowa dla różnych geometrii układu odprowadzającego ciepło. Jako podłoże wykorzystano połączenie ceramiki z azotku glinu z miedzią. Analizowano zmiany poziomu naprężeń na przekroju złącza oraz wyznaczono obszary ich koncentracji. Na podstawie przeprowadzonych badań określono optymalną konfigurację złącza z punktu widzenia termicznych naprężeń własnych.

11

Numeryczne modelowanie warstw powierzchniowych na wybranych przykładach w aspekcie wyznaczania naprężeń resztkowych

63%

Szymczyk W. , Włodarczyk J.

|

2020

|

tom nr 7-8

26--37

PL

Na warstwy powierzchniowe na elementach metalowych stosuje się różnorodne materiały. Warstwy powierzchniowe powstają zazwyczaj w warunkach wysokiej temperatury. Zasadniczy problem w warstwach powierzchniowych stanowią naprężenia resztkowe. Naprężenia resztkowe są pierwotną przyczyną zniszczenia warstwy powierzchniowej i ograniczenia trwałości elementu, na który ją naniesiono. Przyczyną powstania naprężeń własnych są znaczące różnice we właściwościach termomechanicznych łączonych faz materiałowych pokrycia i podłoża. W artykule przedstawiono zestawienie modeli numerycznych, które reprezentują zróżnicowane podejście do modelowania i wyznaczania wartości oraz rozkładów naprężeń resztkowych. Mogą one być stosowane przy zachowaniu świadomości konsekwencji dopuszczanych w nich uproszczeń oraz jakości symulacji uwzględniających określone cechy mikrostruktury.

EN

Various materials are used as a surface layers on metal parts. Surface layers are usually formed under high temperature conditions. Residual stresses are a major problem concerning surface layers. Residual stresses are the primary cause of the surface layer’s deterioration and limit the life span of the component on which it is applied. The cause of residual stresses is the significant differences in the thermomechanical properties of the combined material phases of the coating and substrate. The paper presents a list of numerical models which represent a different approach to modeling and determining values and distributions of residual stresses. They can be used with the awareness of the consequences of simplifications allowed in them and the quality of simulations taking into account specific microstructure features.

12

Biomateriały kompozytowe

63%

Chłopek J.

|

tom R. 9, nr 1

3-18

PL

Przedstawiony artykuł ma charakter przeglądowy i prezentuje możliwości wykorzystania materiałów kompozytowych w medycynie. Stosując podejście biomimetyczne związane z naśladowaniem budowy i właściwości naturalnych tkanek, pokazuje zasady projektowania syntetycznych kompozytów spełniających kryteria biozgodności i biofunkcyjności. Analiza dotyczy zarówno kompozytów włóknistych, jak i ziarnistych i prezentuje, jak stosując materiały kompozytowe zawierające aktywne fazy biologiczne, można uzyskać efekty synergiczne prowadzące dodatkowo do wspomagania procesu regeneracji uszkodzonych tkanek. Takie podejście jest możliwe przy ścisłej współpracy głównie dwóch dyscyplin naukowych - nauki o materiałach i biologii. Większość przedstawionych zagadnień opiera się na badaniach własnych autora z uwzględnieniem najnowszych tendencji w rozwoju biomateriałów. W szczególności dotyczy to bioaktywnych kompozytów, kompozytów z udziałem włókien węglowych i organicznych, głównie dla spełnienia funkcji biomechanicznej, nanokompozytów, kompozytów gradientowych oraz zjawisk na styku materiał kompozytowy-środowisko biologiczne (płyny fizjologiczne, komórki, tkanki). Przeprowadzona analiza właściwości mechanicznych i biologicznych kompozytów stwarza dobrą podstawę do projektowania i otrzymywania wielofunkcyjnych materiałów implantacyjnych.

EN

The presented article has a review character and it shows the possibilities of using the composite materials in medicine. Applying the biomimetic approach connected with mimicking the structure and properties of natural tissues, it presents the principles of designing synthetic composites fulfilling the biocompatibility and biofunctionality criteria. The analysis concerns both fibrous and particle composites and it shows how it is possible to achieve the synergetic effect leading additionally to supporting the regeneration process of damaged tissues using the composite materials with biologically active phases. Such an approach is possible thanks to the cooperation of mainly two disciplines: materials science and biology. The majority of presented problems is based on author's researches, taking into consideration the latest trends in biomaterials development. Particularly, it concerns bioactive composites, composites with carbon and organic fibers, mainly for fulfilling biomechanical function, nanocomposites, graded composites and phenomena on the border of composite material-biological environment (physiological fluids, cells, tissues). In the case of bioactive composites it has been shown how it is possible to obtain biologically active composite with enhanced mechanical properties and osteointegration ability by modification of the carbon-carbon composites manufacture process by hydroxyapatite particles addition. This effect was caused by the presence of two mechanisms: one connected with hydroxyapatite, the second one with TCP formed after hydroxyapatite decomposition. The investigations conducted on composites made of resorbable polymers, mainly by means of FTIR method, showed that the presence of modifying phases changes the resorption rate of polymer and influences bone tissue regeneration process. The modifiers (particles or fibers) can act as active scaffolds which stimulate the growth of bone tissue. The properties and the geometry of these phases can decide about cellular and tissue reactions. The presence of strongly developed interfaces in composite materials influences durability of the received implants. Creep tests at various stress levels carried out on polisulfone-carbon fiber composite revealed that life-time of such implants is shorter than for pure polymers. Graded materials with Young's modulus, porosity and resorption rate gradients can decide about the stress distribution, ability to overgrowth with bone tissue and blood vessels creation (vascularization). The analysis of properties of composite materials is a good base for designing and manufacturing multifunctional implants with controlled mechanical and biological behaviour.

13

Modelling of matrix degradation in piezocomposite actuators using graded material approximation

63%

Pietrzakowski M.

|

tom Vol. 28, no. 2

50-54

EN

The work deals with modelling of material degradation in piezoelectric fiber composite (PFC) layers, which operate as actuators in active laminated plates. The considered degradation process concerns reduction of the matrix material stiffness and is described based on the functionally graded material approach. It is assumed that distribution of the matrix damage, which develops at the outer surface of the actuator layer and progresses toward its inner part, can be approximated according to a power function. The dynamic analysis and calculations are focused on changes in the natural frequencies and amplitude-frequency characteristics of the active laminated plate depending on the degradation level.

PL

Praca dotyczy modelowania degradacji materiałowej w warstwach piezokompozytowych stosowanych jako aktuatory w aktywnych płytach laminowanych. Rozważany proces degradacji ograniczono do redukcji sztywności osnowy i opisano zgodnie z koncepcją materiału gradientowego. Założono, że rozkład uszkodzenia osnowy, które rozwija się na powierzchni zewnętrznej warstwy aktuatora i rozszerza do jej wnętrza, można w przybliżeniu opisać funkcją potęgową. Analizę dynamiczną i obliczenia ukierunkowano na określenie zmian częstości drgań własnych i charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych badanej aktywnej płyty w zależności od zakresu degradacji osnowy.

14

Sprężystoplastyczny kontakt toczny z materiałami gradientowymi

63%

Myśliński A. , Chudzikiewicz A.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2015

|

tom z. 267

19--24

PL

Praca poświęcona jest numerycznemu wyznaczeniu maksymalnego naprężenia na brzegu kontaktu w zagadnieniu kontaktu tocznego. Naprężenie to powoduje szybkie zużycie powierzchni znajdujących się w kontakcie. Chociaż zagadnienie kontaktowe najczęściej rozważane jest jako sprężyste uważa się, że przyczyny zużycia powierzchni kontaktowych powodowane są pojawiającymi się odkształceniami plastycznymi. Badania eksperymentalne oraz symulacje numeryczne wskazują, że pokrycie powierzchni w kontakcie warstwą materiału gradientowego może zredukować kontaktowe naprężenia mechaniczne i cieplne. W pracy zostanie rozważone zagadnienie kontaktu tocznego pomiędzy sprężysto plastycznym ciałem a sztywnym kołem przy założeniu, że jedna z powierzchni jest pokryta materiałem gradientowym, którego własności zmieniają się wraz z jego grubością. Zjawisko kontaktu obejmujące tarcie i przepływ ciepła generowanego przez tarcie jest opisane sprzężonym układem równań sprężysto-plastycznego oraz przewodnictwo cieplnego. Pół-gładka metoda Newtona jest wykorzystana jako metoda obliczeniowa. Rozkłady temperatury i naprężenia na brzegu kontaktu są wyznaczone i przedyskutowane.

EN

The determination of maximal contact stress generating the rolling contact fatigue is one of the main goals in modeling wheel-rail dynamics. This damaging process is linked to plasticity usually neglected in wheel-rail contact models. Numerous laboratory and numerical experiments indicate that the use of a coating graded material layer attached to the conventional steel body can reduce the magnitude of contact and/or thermal stresses. Therefore in this paper we solve numerically the wheel-rail contact problem assuming the existence of a small layer on the rail. The mechanical and thermal properties are changing with its depth. The contact problem includes friction, frictional heat generation as well as heat transfer across the contact surface and wear. This contact problem is governed by the coupled elastoplatic and heat conductive equations. Temperature and stress distributions on the contact boundary are provided and discussed.

15

Thermal residual stresses in alumina - heat resisting steel joints with an interlayer of Al2O3-Cr functionally graded material. Part I. Interlayer selection.

63%

Chmielewski M. , Kaliński D. , Pietrzak K.

|

tom Vol. 28, nr 3

99-111

EN

The present article, split into two parts, analyzes the influence of an interlayer's construction and thickness on thermal residual stresses generated in ceramic - metal joints. Numerical calcultions (the finite elements method - FEM) of the state of thermal residual stresses, as well as the verifying technological tests, were made by following pair of materials: the Al2O3 ceramics - heat resisting steel. Two kinds of interlayer were considered: chromium and a gradient material (FGMs) layers were composed of Al2O3-Cr. The interlayers of various thickness were studied, which in the use of FCMs also concerned to construction profile, understood as the number of layers, their composition, thickness and manual position. The first part of the paper presents the calculations concerning the state of thermal residual stresses in the joints of Al2O3 ceramic - heat resisting steel with a chromium interlayer and an Al2O3-Cr three-level gradient material. It was found that the optimal solution for the joint was to use a gradient material 3 mm thick (all together), composed, as for the ceramics, in the following proportions: 75% Al2O3 + 25% Cr, 50% Al2O3 + 50% Cr, 25% Al2O3 + 75% Cr (vol. %).

PL

W pracy przedstawiono analizę wpływu budowy i grubości przekładki na stan naprężeń własnych powstających w złączach ceramika-metal. Obliczenia numeryczne (metodą elementów skończonych) stanu naprężeń własnych, a także badania weryfikujące wykonano dla pary materiałów: ceramika typu Al2O3-stal żaroodporna. Do obliczeń przyjęto dwa rodzaje przekładek: chromową i z materiału gradientowego (FGM), składającego się z warstw kompozytu Al2O3-Cr. Analizę gromadzono dla różnych grubości przekładek. Dla przekładki z FGM analizowano również profil jego budowy, liczbę warstw, ich rodzaj, grubość i wzajemne usytuowanie. Pierwsza część prezentowanej pracy przedstawia obliczenia stanu naprężeń własnych w złączach ceramika Al2O3-stal żaroodporna z przekładnią chromową oraz trójwymiarowym materiałem gradientowym Al2O3-Cr. Stwierdzono, że optymalnym rozwiązaniem jest zastosowanie jako warstwy pośredniej w złączu materiału gradientowego o całkowitej grubości 3 mm o składzie od strony ceramiki: 75% Al2O3 + 25% Cr, 50% Al2O3 + 50% Cr, 25% Al2O3 + 75% Cr (% obj.).

16

Thermal residual stresses in alumina - heat resisting steel joints with an interlayer of Al2O3-Cr functionally graded meterial. Part II. Optimization of a functionally graded material for reduction of thermal stresses.

63%

Chmielewski M. , Kaliński D. , Pietrzak K.

|

tom Vol. 28, nr 4

67-77

EN

The paper continues the description of the research described in Part I, concerning the influence of an interlayer material, its thickness, on the level of residual stresses in the alumina-heat resisting steel joint. The results presented in this part of paper concern the influence the layer of a gradient material and the profile of its inner structure have on the state of residual stresses in the joint. The numerical calculations carried out on the state of residual stresses showed that for the assumed composition and thickness of a gradient material it is possible to further lower the level of stresses in the ceramic elements of the analyzed joint by modifying the profile of a gradient material's inner structure. It was found that the dangerous stresses concentration area was shilted from the bonding line ceramic/FGM layer (of relatively low strength) further into the FGMs layer, i.e. to the diving line layer I (75,0% Al2O3 + 25,0% Cr) / layer II (50,0% Al2O3 + 50,0% Cr) of much higher strength.

PL

Artykuł przedstawia kontynuację prac nad wpływem materiału przekładki i jej grubości na poziom naprężeń własnych w złączu ceramika korundowa - stal żaroodporna. Prezentowane wyniki dotyczą analizy wpływu liczby warstw materiału gradientowego oraz jego budowy wewnętrznej na stan naprężeń własnych w złączu. Obliczenia numeryczne stanu naprężeń własnych wykazały, że dla przyjętego rodzaju i grubości materiału gradientowego możliwe jest dalsze obniżenie poziomu naprężeń w materiale ceramicznym złącza poprzez modyfikację budowy wewnętrznej materiału gradientowego. Stwierdzono przesunięcie obszaru koncentracji niebezpiecznych naprężeń z linii spajania ceramika - warstwa FGM o małej wytrzymałości w głąb warstwy FGM, tj. na linii rozdziału warstwa I (75,0% Al2O3 + 25,0% Cr) / warstwa II (50,0% Al2O3 + 50,0% cr) o znacznie większej wytrzymałości.

17

Stability of actively controlled rotating shaft made of functionally graded material

63%

Przybyłowicz P. M.

|

tom Vol. 43 nr 3

609--630

EN

In the paper, the problem of active stabilisation of a rotating shaft made of a three-phase Functionally Graded Material (FGM) with piezoelectric fraction is presented. Due to internal friction, at a certain critical rotation speed, the shaft loses its stability and starts to vibrate in a self-excited manner. In the paper, a method protecting the system from such a phenomenon by making use of a FGM controlled by electrodes bonded and embedded in the structure of the shaft is discussed in detail. The critical threshold is found by examination of the eigenvalues corresponding to linear formulas derived via uni-modal Galerkin's discretisation of partial differential equations of motion. The main goal of the paper is determination of such a distribution of the volume fraction of the active phase within the shaft, which makes the system possibly most resistant to self-excitation on the one hand, and still attractive in terms of strength properties on the other. The results are presented in the form of diagrams depicting the critical rotation speed vs. exponents describing volume distribution of the active phase as well as gain factors applied in the control system.

PL

W pracy przedstawiono zagadnienie aktywnej stabilizacji wirującego wału wykonanego z trójfazowego materiału gradientowego (FGM) zawierającego składnik piezoelektryczny. Niezależnie od zastosowanego materiału, obecność tarcia wewnętrznego powoduje utratę stateczności wału i powstanie drgań samowzbudnych przy pewnej krytycznej prędkości wirowania. W artykule przedyskutowano sposób zapobiegania takiemu zjawisku oparty na zastosowaniu materiału gradientowego FGM sterowanego napięciem elektrod przyklejonych i zatopionych w strukturze wału. Wartość krytycznej prędkości wirowania znaleziono poprzez badanie wartości własnych równań ruchu zlinearyzowanych po jednomodalnej dyskretyzacji Galerkina równań różniczkowych cząstkowych. Głównym celem analizy jest określenie optymalnego rozkładu funkcji opisującej objętościowy udział aktywnej frakcji piezoelektrycznej w użytym materiale FGM, który zapewnia możliwie najlepszy efekt stabilizacyjny i równocześnie utrzymuje dobre właściwości wytrzymałościowe wału. Rezultaty badań przedstawiono na wykresach pokazujących krytyczną prędkość wirowania w funkcji wykładnika opisującego rozkład udziału objętościowego fazy aktywnej oraz współczynników wzmocnienia zastosowanych w układzie sterowania.

18

Metodyka przygotowania próbek polimerowego materiału gradientowego do badań mikroskopowych

51%

Stabik J. , Chomiak M. , Suchoń Ł.

|

tom [R.] 18, nr 4

356-360

PL

W artykule omówiono zagadnienia przygotowania powierzchni próbek polimerowego materiału gradientowego do badań mikroskopowych. Próbki wykorzystane do badań wykonane były z żywicy epoksydowej jako materiału osnowy oraz proszku węgla kamiennego jako napełniacza. Kompozyty wytworzono stosując metodę odlewania odśrodkowego. Na podstawie analizy zdjęć mikroskopowych wybrano metodę pozwalającą na obserwacje próbek na mikroskopie świetlnym. Badania wykazały, że procedura szlifowania papierem ściernym a następnie polerowania na mokro, bez użycia materiału ściernego, pozwala na uzyskanie zdjęć mikroskopowych o najlepszej jakości z dobrze widocznymi ziarnami napełniacza.

EN

The article discusses the issues of surface preparation of polymeric gradient material for microscopic examination. Specimens used for research were made of epoxy resin as a matrix and coal powder as a filler. The composites were prepared using centrifugal casting method. The selected method allows the observation of the specimens using light microscopy on the basis of the analysis of microscopic images. Research has shown that the procedure of grinding with abrasive paper and then wet polishing, without the use of abrasive, allows to obtain microscopic images of best quality with clearly visible filler grains.

19

Gradientowa struktura epoksydowych materiałów kompozytowych napełnionych grafitem

51%

Stabik J. , Chomiak M.

|

tom [R.] 17, nr 6

515-520

PL

We wprowadzeniu artykuł zawiera przegląd technik wykonania polimerowych materiałów gradientowych, ze szczegółową charakterystyką metody odlewania. W części eksperymentalnej w artykule przedstawiono rezultaty badań struktury i właściwości elektrycznych materiałów gradientowych o osnowie polimerowej wzmocnionej grafitem. Do wykonania kompozytów wykorzystano żywicę epoksydową, jako materiał osnowy oraz dwa rodzaje grafitu o różnej granulacji i własnościach. Kompozyty wytworzono stosując metodę odlewania odśrodkowego.

EN

Introduction to this paper contents methods overview of gradient materials manufacture and describe in detail basic characteristics of casting method. In the experimental part the article describes results of structure and electric properties investigations of gradient materials with epoxy matrix and graphite reinforcement. Composites were made with epoxy resin as a matrix and two types of graphite with different granulations and features as reinforcements. Composites were manufactured using centrifugal casting methods.

20

Odporność na pękanie kompozytów Al2O3-Fe otrzymanych metodą odlewania z ceramicznych mas lejnych

51%

Oziębło A. , Konopka K. , Kurzydłowski K. , Szafran M. , Bobryk E.

|

tom R. 3, nr 7

285-290

PL

W artykule opisano sposób wytworzenia kompozytów AI2O3-Fe metodą odlewania z ceramicznych mas lejnych, opracowanych pod kątem poprawy odporności na pękanie. Wytworzony kompozyt badano metodą zginania trójpunktowego. Wyznaczono moduł Younga E, krytyczny współczynnik intensywności naprężeń kic oraz jego zależność od długości pęknięcia C (tzw. krzywe R). Kompozyt wykazał wartość współczynnika KIc istotnie wyższą od wartości dla czystego Al2O3. Stwierdzono także wzrost wartości współczynnika KIc w miarę wzrostu długości pęknięcia C. W celu opisu propagacji pęknięcia zbadano mikrostruktury kompozytu z użyciem metod stereologicznych. Analizując drogę pęknięcia z użyciem mikroskopii świetlnej i skaningowej mikroskopii elektronowej stwierdzono, że najczęstszym typem oddziaływania pęknięcia z cząstkami metalicznymi jest ich omijanie po granicy miedzyfazowej. Powoduje to wydłużenie drogi pękania i wzrost współczynnika KIc.

EN

In this study a novel method for production of Al2O3-Fe composite by the ceramic slip casting was investigated. These composite have been prepared to improve the fracture toughness of the ceramic. Three point bending was used to measure Young modulus E, critical stress intensity factor, and its dependence of cracks length C. The investigations showed that the composite have a higher values of KIc coefficient than alumina. Also it has been found that this coefficient grows was function of the crack length. In order to analyze the geometry of cracks path, scanning electron microscope was used. It has been found that cracks are deflected by the Fe particles. As a result the crack length increases and the fracture toughness is higher.