Моделирование керамики с гелевым наполнителем
Разработка численной модели керамики, заполненной гелем, на основе метода подвижных клеточных автоматов. Характеристика упруго-пластической функции отклика автоматов, моделирующих керамику с билинейным упрочнением. Свойства крупнокристаллической керамики.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.10.2018 |
| Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
2
Моделирование керамики с гелевым наполнителем
На основе метода подвижных клеточных автоматов [1] разработана численная модель керамики, заполненной гелем [2]. Функция отклика автоматов, моделирующих керамику, соответствовала упруго-хрупкому телу, а автоматов геля - упруго-пластическому с билинейным упрочнением. В качестве критерия разрыва межавтоматных связей, соответствующих керамике, использовался критерий Мизеса, а для пар «керамика-гель» - двухпараметрический критерий Друкера-Прагера. Моделировалась крупнокристаллическая керамика ZrO2(Y2O3) с величиной общей пористости 30% [3]. На гистограмме распределения пор в керамике по размерам можно выделить три максиму-ма: поры с размером 1 мкм (соизмеримые с размером зерна), 2 мкм и 6 мкм (в виде ячеек). Доля пор каждого из максимумов составляла 50, 25 и 25% от общей пористости. Полагалось, что гель заполняет только поры 2 мкм и 6 мкм.
Изучалось одноосное сжатие плоских образцов как с пустыми, так и с заполненны-ми гелем порами. Размер образцов составлял 300Ч300 мкм, размер клеточного автомата соответствовал среднему размеру зерна, т.е. 1 мкм. Структура пор задавалась двумя спо-собами. В первом способе учитывались только ячейки пор, во втором - ячейки и поры размером 2 мкм. Поры генерировались путем удаления в случайном порядке одиночных автоматов (при втором способе), а также шести их ближайших соседей (при первом спо-собе) из исходной плотной упаковки автоматов. Таким образом, явно и неявно заклады-ваемая пористость образцов в первом случае составляла 7,5 и 22,5 % , во втором - 15 и 15 % (рис. 1).
а б
Рис. 1. Начальная структура образцов с первым (а) и вторым (б) способами задания пор.
Анализ результатов моделирования показал, что пропитка пористых образцов гелем приводит к незначительному увеличению их прочностных и упругих свойств. Так, у образцов на рис. 1,а увеличение значений модуля Юнга, коэффициента Пуассона и предела прочности составило 0,8 %, 2,4 % и 3,7 %, а у образцов на рис. 1,б - 1,5 %, 4,3 % и 1,3 % соответственно. Таким образом, с увеличением доли явно учтенной в образце пористости данные тенденции уменьшаются для прочностных свойств и увеличиваются для упругих.
а б
в г
Рис. 2. Сетки межавтоматных связей модельных образцов с первым способом учета пористости (а,б относительная деформация 6 %) и вторым (в,г относительная деформация 4 %): а,в - образцы с пустыми порами; б,г - образцы с порами заполненными гелем.
Паттерны разрушения образцов в виде сетки межавтоматных связей приведены на рис. 2. Во всех случаях образцы разрушаются в результате образования в них системы наклонных макротрещин, распространяющихся по направлению максимальных касательных напряжений. В случае первого способа задания пористости (рис. 2,а и б), когда пористость заданная явным образом минимальна (7,5%), система трещин в образце наиболее выражена и прямолинейна, что связано с близостью его структуры к структуре однородного тела. У образцов с величиной явно учтенной пористости 15% (рис. 2,в и г) система макротрещин «размыта» и путь их распространения более сложен. Это связано с наличием большого числа внутренних концентраторов напряжений.
Во всех рассмотренных случаях пропитка пористых образцов гелем приводит к изменению распределения концентраторов напряжений в образце, в частности делает его более равномерным. Так при одной и той же поровой структуре образцов с гелем и без него места образования в них трещин и путь их распространения различны. При этом у образцов с гелем система трещин ближе к системе трещин сплошного тела, чем у аналогичных образцов без геля.
Динамика развития повреждений анализировалась по зависимости числа разорванных межавтоматных связей от деформации. На данной зависимости можно выделить две стадии. Первая, достаточно протяженная с незначительным наклоном соответствует генерации и развитию в образцах первых повреждений. Вторая стадия, более короткая, соответствует развитию в образце системы макротрещин. Анализ данных зависимостей показал, что пропитка образцов гелем позволяет продлить стадию зарождения и развития повреждений на 3% по деформации и таким образом отодвинуть момент начала стадии интенсивного разрушения образца. Стоит заметить, что данная тенденция наблюдается только в случае первого способа задания поровой структуры, т.е. при малых значениях явно заложенной в модель пористости.
Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными показало их хорошее качественное соответствие в области пористости более 45%. В двумерном случае данное значение пористости соответствует 30%. Таким образом, построенная в рамках метода подвижных клеточных автоматов модель пористой керамики пропитанной гелем позволяет качественно описать механическое поведение и отклик данного материала при сжатии.
Работа выполнена при поддержке междисциплинарного интеграционного проекта СО РАН № 66.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
керамика гель упрочнение
1. Psakhie S.G., Horie Y., Shilko E.V., Smolin A.Yu., Dmitriev A.I., Astafurov S. V. Development of discrete element approach to modeling heterogeneous elastic-plastic materials and media // International Journal of Terraspace Science and Engineering. 2011. V. 3, No 1. P. 93-125.
2. Алтунина Л.К., Кувшинов В.А., Стасьева Л.А. Термообратимые полимерные гели для увеличения нефтеотдачи // Химия в интересах устойчивого развития. 2011. № 19, №2. С.127-136.
3. Буякова С.П. Свойства, структура, фазовый состав и закономерности формирования пористых наносистем на основе ZrO2.: Дисс. ... докт. техн. наук, Томск, 2008, 309 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Высокопрочные керамики на основе оксидов - перспективные материалы конструкционного и инструментального назначения. Свойства оксидов цинка и меди. Допированные керамики. Основы порошковой металлургии. Технология спекания. Характеристика оборудования.
курсовая работа [923,2 K], добавлен 19.09.2012Технология различных видов корундовой керамики. Влияние внешнего давления и добавок на температуру спекания керамики. Физико-механические и физические свойства керамики на основе диоксида циркония. Состав полимерной глины Premo Sculpey, ее запекание.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 27.05.2015Основные виды керамики: майолика, фаянс, каменная масса и фарфор. Производство санитарно-технических и бытовых изделий из тонкой керамики. Технология производства технической керамики. Способы декорирования полуфарфора, фарфоровых и фаянсовых изделий.
реферат [723,1 K], добавлен 18.01.2012Методы производства композиционных ультрадисперсных порошков: способы формования, реализуемые при спекании механизмы. Получение и применение корундовой керамики, модифицированной допированным хромом, оксидом алюминия, а также ее технологические свойства.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 27.05.2013Керамика на основе ZrO2: структура и механические свойства. Керамика на основе ультрадисперсных порошков. Технология получения керамических материалов. Метод акустической эмиссии. Структура, фазовый состав и механические свойства керамики ZrO2.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 04.08.2012Исторические сведения о возникновении керамических материалов, область их применения. Основные физико-химические свойства керамики, применяемые сырьевые материалы. Общая схема технологических этапов производства керамических материалов, ее характеристика.
курсовая работа [74,2 K], добавлен 02.03.2011Процессы изготовления керамических материалов. Методы получения порошков. Корундовые керамики модифицированные соединениями хрома. Содержание порошка в образцах керамики на основе глинозема, термограмма. Особенности измерения микротвердости образцов.
курсовая работа [818,9 K], добавлен 30.05.2013Получение керамики из промышленного глинозема с добавками ультрадисперсных порошков оксида алюминия и диоксида циркония методами холодного прессования и спекания в вакууме и терморазложения солей; исследование структуры и свойств корундовых керамик.
дипломная работа [934,2 K], добавлен 03.10.2011Образовательные учебные программы и планы при кредитной технологии обучения. Методика и техника подготовки и проведения занятий и лекций в вузе. Физические основы магнетронных распылительных систем. Металлизация керамики ВеО магнетронным напылением.
отчет по практике [1,2 M], добавлен 29.04.2014Классификация и производство керамических изделий и материалов, основные технологические виды: терракота, майолика, фаянс, каменная масса и фарфор. История развития и образование международной Академии гончарного искусства в Женеве. Биеннале керамики.
реферат [22,6 K], добавлен 23.12.2010Работа посвящена технологии изготовления деталей из керамики. Химический анализ и подготовка керамического сырья. Тонкий помол и смешивание компонентов. Способы, которыми осуществляется формование заготовок. Механическая обработка необожженных заготовок.
реферат [79,0 K], добавлен 18.01.2009Исторические сведения о возникновении керамики, область ее применения. Современные технологии керамических материалов. Производство керамических материалов, изделий в Казахстане, СНГ и за рубежом. Производство и применение стеновых и облицовочных изделий.
курсовая работа [134,7 K], добавлен 06.06.2014Виды керамики, характеристика материалов, используемых для формования керамических изделий. Приготовление керамической массы. Полусухое и гидростатическое прессование. Различные варианты вибрационного формования. Специфика применения шликерного литья.
реферат [678,6 K], добавлен 13.12.2015Основные закономерности и процессы спекания оксидов. Влияние чистоты сырья и добавок на свойства Al2O3 керамики. Исследование влияния эффекта саморазогрева корундоциркониевой композиции в электромагнитном поле СВЧ на структуру и свойства материала.
дипломная работа [190,3 K], добавлен 02.03.2012Изучение товарной продукции в виде керамической плитки для полов и сферы ее применения в строительстве. Потребительские свойства керамической плитки. Описании технологии ее производства. Характеристика сырья полусухого производства. Контроль качества.
реферат [37,4 K], добавлен 11.03.2011Керамика: изделия и материалы, получаемые спеканием. Распространение оксидной керамики на основе природных минералов и синтетических оксидов металлов. Виды, состав и свойства стекла. Применение силикатного стекла в быту и различных областях техники.
презентация [265,7 K], добавлен 04.03.2010Фарфор - вид керамики, непроницаемый для воды и газа. История происхождения, исходное сырье, технология производства; характеристика и свойства материала; виды фарфора. Области применения фарфоровых изделий: промышленность, медицина; декоративный фарфор.
презентация [181,9 K], добавлен 29.05.2013История керамики и Гжельского промысла. Химико-минералогический состав, дисперсность, пластичность и спекаемость глины. Технологический процесс производства шамотных изделий. Измельчение и сушка шамота. Гипс и его свойства. Ручная формовка и лепка.
дипломная работа [139,3 K], добавлен 17.07.2013Исследование физико-химического состава и технологических свойств сырьевых материалов месторождений Казахстана. Характеристика силикатного природного и техногенного сырья. Каолиновое сырье, полевой шпат, кварцевые пески, разжижители глинистых суспензий.
научная работа [2,4 M], добавлен 04.02.2013Анализ существующих технологических процессов алмазно-абразивной обработки напылённых покрытий и технической минералокерамики. Физико-механические свойства керамических материалов. Влияние технологических факторов на процесс обработки напылённой керамики.
дипломная работа [4,0 M], добавлен 28.08.2011
