Evolution of Residual Stresses and Fracture in Thermomechanically Loaded Particle-Reinforced Metal Matrix Composites

Балохонов, Р. Р.; Kulkov, A. S.; Романова, В. А.; Evtushenko, E. P.; Gatiyatullina, D.D.; Кулъков, С. Н.

doi:10.1134/s1029959921050015

Cited by 21 publications

(5 citation statements)

References 23 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…We show that the EBAM-manufactured AlSi12 alloy represents a multi-level composite material. Some of the features of the deformation and fracture of particle-reinforced composites were reported in our earlier works [34][35][36]. We examined the influence of the volume fraction, spatial distribution of reinforcing particles, and strength and plasticity characteristics of the matrix and particle materials on the macroscopic response of the composite.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 94%

Two-Scale Computational Analysis of Deformation and Fracture in an Al-Si Composite Material Fabricated by Electron Beam Wire-Feed Additive Manufacturing

Балохонов

Zemlianov

Utyaganova

et al. 2023

Metals

View full text Add to dashboard Cite

Numerical simulation of deformation and fracture of an AlSi12% alloy additively fabricated by layer-by-layer electron beam melting of a wire is carried out. The microstructure of the alloy is studied by scanning and transmission electron microscopy at different resolutions. The experimental study at a length scale of several dozens of microns reveals a dendritic structure, which can be treated as a composite material consisting of aluminum arms separated by a eutectic network. The volume fraction of dendrites varies with the distance from the base plate in the build direction. The eutectics can also be thought of as a composite with an aluminum matrix reinforced by silicon particles at a scale of a few microns. Particles of different shapes are nearly equally spaced in the matrix. The eutectic and dendritic structures are taken into account explicitly in the calculations. The dynamic boundary-value problems are solved by ABAQUS/Explicit. The isotropic elastic-plastic and elastic models are used to simulate the response of aluminum and silicon. The fracture model includes a maximum distortion energy criterion formulated for the particle and matrix materials in terms of the equivalent stress and plastic strain. A two-scale approach is proposed to investigate deformation and fracture of the AlSi12% alloy. On the eutectic scale, the thermomechanical behavior of the Al matrix-silicon particle two-phase composite is simulated to obtain the homogenized properties of the eutectic composite material, which is then used at a higher scale to investigate the deformation and fracture of a two-phase dendritic structure. Residual stresses formed during cooling of the additively manufactured material were found to decrease the strength of the composite, while the strength increases with the volume fraction of dendrites.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 94%

Two-Scale Computational Analysis of Deformation and Fracture in an Al-Si Composite Material Fabricated by Electron Beam Wire-Feed Additive Manufacturing

Балохонов

Zemlianov

Utyaganova

et al. 2023

Metals

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Тогда энергию взаимодействия компонентов умножаем на величину q . Принимая во внимание сказанное и с учетом выражения (13), лагранжиан запишем в общем виде как…”

Section: лагранжиан двухфазного композита и уравнения движения компон...unclassified

“…Для такой среды строится система определяющих соотношений с учетом условий для напряжений и деформаций на внутренних границах раздела (интерфейсах). В общем случае такая система уравнений решается численно, а усреднение получаемых результатов для представительных мезообъемов позволяет оценивать эффективные свойства композита [7][8][9][10][11][12][13]. Несмотря на хорошо известные преимущества (возможность явного учета микроструктуры и особых свойств интерфейсов), непосредственная компьютерная гомогенизация является вычислительно крайне затратной процедурой вследствие необходимости проведения многопараметрического исследования для определения однозначного соответствия внутренней структуры и макроскопических свойств материала.…”

Section: Introductionunclassified

Лагранжев Формализм Для Анализа Акустических Свойств Двухфазных Композитных Материалов С Дефектными Межфазными Границами

Гриняев¹,

Чертова²,

Шилько³

2022

mkm

View full text Add to dashboard Cite

Разработана новая механическая модель двухфазного композита, базирующаяся на построении функции Лагранжа и применении принципа наименьшего действия. Ключевое преимущество модели — прямой учет межфазного взаимодействия и наличия дефектов (несплошностей) на межфазных границах. В отличие от классических моделей непосредственным решением полученных уравнений данной модели являются значения скоростей упругих волн в композите, на основании которых далее могут быть определены эффективные упругие модули. На примере аналитического решения для 1D случая показаны качественно новые возможности, появляющиеся при использовании развитой модели для оценки акустических характеристик композитов и анализа влияния объемной доли фаз и поврежденности межфазных границ. Впервые теоретически показано, что помимо классических упругих волн с параметрами, с хорошей точностью оцениваемыми в рамках традиционных моделей, в композитных материалах с повреждениями на межфазных границах могут формироваться и устойчиво распространяться “медленные” упругие волны. Получены аналитические соотношения, позволяющие решать как прямую задачу определения скоростей “быстрых” и “медленных” упругих волн в композите с несовершенными межфазными границами, так и обратную задачу оценки поврежденности и объемных долей фаз по известным значениям скоростей упругих волн.

show abstract

“…These have been studied in some depth. [14][15][16][17][18] They certainly have the potential to be significant, since a typical difference in thermal expansivity between particle and matrix is about 20 microstrain K À1 , so that a temperature drop of, say, 500 K will generate a (large) misfit strain of about 10 millistrain. In fact, since the resulting stresses are, on average, purely hydrostatic (compressive in the particles and tensile in the matrix), they tend to have less effect on the behavior than for MMCs that incorporate directionality, such as aligned fiber composites.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Indentation Plastometry of Particulate Metal Matrix Composites, Highlighting Effects of Microstructural Scale

Reiff-Musgrove¹,

Gaiser-Porter

Gu³

et al. 2023

Adv Eng Mater

View full text Add to dashboard Cite

Herein, it is concerned with the use of profilometry‐based indentation plastometry (PIP) to obtain mechanical property information for particulate metal matrix composites (MMCs). This type of test, together with conventional uniaxial testing, has been applied to four different MMCs (produced with various particulate contents and processing conditions). It is shown that reliable stress–strain curves can be obtained using PIP, although the possibility of premature (prenecking) fracture should be noted. Close attention is paid to scale effects. As a consequence of variations in local spatial distributions of particulate, the “representative volume” of these materials can be relatively large. This can lead to a certain amount of scatter in PIP profiles and it is advisable to carry out a number of repeat PIP tests in order to obtain macroscopic properties. Nevertheless, it is shown that PIP testing can reliably detect the relatively minor (macroscopic) anisotropy exhibited by forged materials of this type.

show abstract

Evolution of Residual Stresses and Fracture in Thermomechanically Loaded Particle-Reinforced Metal Matrix Composites

Cited by 21 publications

References 23 publications

Two-Scale Computational Analysis of Deformation and Fracture in an Al-Si Composite Material Fabricated by Electron Beam Wire-Feed Additive Manufacturing

Two-Scale Computational Analysis of Deformation and Fracture in an Al-Si Composite Material Fabricated by Electron Beam Wire-Feed Additive Manufacturing

Лагранжев Формализм Для Анализа Акустических Свойств Двухфазных Композитных Материалов С Дефектными Межфазными Границами

Indentation Plastometry of Particulate Metal Matrix Composites, Highlighting Effects of Microstructural Scale

Contact Info

Product

Resources

About