بررسی رفتار میکرومکانیکی خرابی کامپوزیت ذره‌ای آلومینیوم-کاربید تیتانیوم با استفاده از تئوری پری‌داینامیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری / دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه امیرکبیر، تهران، ایران

2 استاد/ دانشگاه صنعتی امیرکبیر - دانشکده مهندسی هوافضا

3 استاد / صنعتی امیرکبیر - مهندسی مکانیک

چکیده

هدف از این پژوهش مدل‌سازی میکرومکانیکی و آنالیز رفتار تغییرشکل و خرابی کامپوزیت ذره‌ای زمینه آلومینیومی تقویت‌شده با ذرات کاربید تیتانیوم با استفاده از تئوری پری‌داینامیک و آزمون تجربی می‌باشد. کامپوزیت ذره‌ای، با مخلوط ذرات آلومینیوم و کاربید-تیتانیوم و با اکسترود گرم تهیه گردید. نمونه‌ها تحت آزمون کشش شبه استاتیکی قرار گرفته و از نتایج آزمون تجربی جهت راستی‌آزمایی مدل‌سازی استفاده شد. با استفاده از تصاویر گرفته شده از سطح نمونه، چهار حجمک‌نماینده انتخاب و با بکارگیریی پردازش‌تصویر، مرز ذرات بدست آورده شد. برای مدل‌سازی، با توجه به محدودیت‌های تئوری پری‌داینامیک بر پایه‌ی اتصال، از پری‌داینامیک بر پایه‌ی حالت استفاده گردید. برای تحلیل نتایج مدل‌سازی، از نمودار تنش-کرنش، توزیع تنش و کرنش پلاستیک معادل، توزیع پارامتر خرابی، جمع کرنش پلاستیک همه‌ی برهم‌کنش‌ها و تعداد برهم‌کنش‌های شکسته شده استفاده گردید. با آنالیز نتایج، مقدار تنش در سه منطقه، شامل ماتریس محصور شده بین ذرات نزدیک به هم، مرز ماتریس-ذرات و ذرات با عرض کم بیشتر از بقیه مناطق مشاهده گردید. شروع خرابی نیز در این مناطق بوقوع پیوست، ولی توسعه‌ی خرابی بیشتر در ماتریس و مرز ماتریس-ذرات مشاهده شد. در حین بارگذاری، هم‌زمان چندین خرابی ایجاد شد و در نهایت، ترک اصلی باعث شکست نهایی حجمک نماینده گردید. با مقایسه نتایج مدل‌سازی، تجربی و تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان داده شد که مدل توسعه‌یافته پری‌داینامیک بخوبی رفتار خرابی پیشرونده‌ی در کامپوزیت ذره‌ای را پیش‌بینی ‌کرده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Micro-mechanical damage analysis of Al-Tic particulate reinforced composites by Peridynamic theory

نویسندگان [English]

  • Morteza Ahmadi 1
  • Hossein Hosseini-Toudeshky 2
  • Mojtaba Sadighi 3
1 PhD student / Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran
2 Professor / Amirkabir University of technology
3 professor / Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology
چکیده [English]

The aim of this study is microstructure modeling and deformation and damage analysis of aluminum-based metal matrix reinforced by Tic particles by using the Peridynamic (PD) theory and experiment. The particulate composite was fabricated by mixing aluminum and Tic powder particles and finally mixture was hot-extruded. Tensile tests were carried out to validate the PD model. Four representative volume element (RVE) were extracted from surface images of specimens. The location of Particles in the matrix was obtained by image processing of RVEs. Due to restriction on bond-based PD, state-based PD was utilized for modeling. Overall stress-strain curve, the destitution of equivalent stress and plastic strain, distribution of damage parameter, the total plastic stretch of all interactions, and the number of damaged interactions were used to analyze the results. At three high-stress regions were detected, i.e., matrix surrounded by particles, matrix/particle interface, and narrow particles. The damage was initiated at these regions, but the damage was mostly propagated in matrix and matrix/particle interfaces. In the loading process, several damage mechanisms were initiated and propagated, and finally, a principal crack created that led to the final fracture. By comparing scanning electron microscope images of the fractured surface, modeling and experimental result, it is shown that the developed PD model can precisely predict the progressive damage behavior of particulate composites.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aluminum matrix composites؛ Peridynamics؛ progressive multi damage growth
  • Quasi-static loading