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Showing 221 to 225 of 225 (0.107 seconds)Spelling suggestions: "subject:"track propagation"" "subject:"crack propagation""
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Nano-particles In Multi-scale Composites And Ballistic ApplicationsGibson, Jason 01 January 2013 (has links)
Carbon nanotubes, graphene and nano sized core shell rubber particles have all been extensively researched for their capability to improve mechanical properties of thermoset resins. However, there has been a lack of research on their evaluation for energy absorption in high velocity impact scenarios, and the fundamental mechanics of their failure mechanisms during highly dynamic stress transfer through the matrix. This fundamental research is essential for laying the foundation for improvement in ballistic performance in composite armor. In hard armor applications, energy absorption is largely accomplished through delamination between plies of the composite laminate. This energy absorption is accomplished through two mechanisms. The first being the elongation of the fiber reinforcement contained in the resin matrix, and the second is the propagation of the crack in between the discreet fabric plies. This research aims to fundamentally study the energy absorption characteristics of various nano-particles as reinforcements in thermoset resin for high velocity impact applications. Multiple morphologies will be evaluated through use of platelet, tubular and spherical shaped nano-particles. Evaluations of the effect on stress transfer through the matrix due to the combination of nano sized and micro scale particles of milled fiber is conducted. Three different nano-particles are utilized, specifically, multi-walled carbon nanotubes, graphene, and core shell rubber particles. The difference in surface area, aspect ratio and molecular structure between the tube, platelet and spherical nano-particles causes energy absorption through different failure mechanisms. This changes the impact performance of composite panels enhanced with the nanoparticle fillers. Composite panels made through the use of dispersing the various nano-particles iv in a non-contact planetary mixer, are evaluated through various dynamic and static testing, including unnotched cantilever beam impact, mixed mode fracture toughness, split-Hopkinson bar, and ballistic V50 testing. The unnotched cantilever beam testing showed that the addition of milled fiber degraded the impact resistance of the samples. Addition of graphene nano platelets unilaterally degraded impact resistance through the unnotched cantilever beam testing. 1.5% loading of MWCNT showed the greatest increase in impact resistance, with a 43% increase over baseline. Determining the critical load for mixed mode interlaminar shear testing can be difficult for composite panels that bend without breaking. An iterative technique of optimizing the coefficient of determination, R2 , in linear regression is developed for objectively determining the point of non-linearity for critical load. This allows for a mathematical method of determination; thereby eliminating any subjective decision of choosing where the data becomes non-linear. The core shell rubber nano particles showed the greatest strain energy release rate with an exponential improvement over the baseline results. Synergistic effects between nano and micro sized particles in the resin matrix during transfer of the stress wave were created and evaluated. Loadings of 1% milled carbon fiber enhanced the V50 ballistic performance of both carbon nanotube and core shell rubber particles in the resin matrix. However, the addition of milled carbon fiber degrades the impact resistance of all nano-particle enhanced resin matrices. Therefore, benefits gained from the addition of microsized particles in combination with nano-sized particles, are only seen in high energy impact scenarios with micro second durations. v Loadings of 1% core shell rubber particles and 1% milled carbon fiber have an improvement of 8% in V50 ballistic performance over the baseline epoxy sample for 44 mag single wad cutter gas check projectiles. Loadings of 1% multi-walled carbon nanotubes with 1% milled carbon fiber have an improvement of 7.3% in V50 ballistic performance over the baseline epoxy sample. The failure mechanism of the various nano-particle enhanced resin matrices during the ballistic event is discussed through the use of scanning electron microscope images and Raman spectroscopy of the panels after failure. The Raman spectroscopy data shows a Raman shift for the fibers that had an enhancement in the V50 performance through the use of nano-particles. The Raman band for Kevlar® centered at 1,649 cm-1 stemming from the stretching of the C==O bond of the fiber shows to be more sensitive to the residual axial strain, while the Raman band centered at 1,611 cm-1 stemming from the C-C phenyl ring is minimally affected for the CSR enhanced panels due to the failure mechanism of the CSR particles during crack propagation.
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Mikrostrukturorientierte Charakterisierung mechanischer Eigenschaften von AlSi10 gelöteten CrNi Stahl/Aluminium MischverbundenFedorov, Vasilii 16 March 2022 (has links)
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von CrNi-Stahl/Aluminium-Mischverbunden mit dem Ziel der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Erhöhung der Lebensdauer der Lötverbindungen. Da sich die Eigenschaften der Fügepartner stark unterscheiden, ist ein geeignetes Fügeverfahren erforderlich. Die wesentliche Herausforderung besteht in der Vermeidung der Bildung von dicken intermetallischen Schichten in der Reaktionszone, welche die mechanischen Eigenschaften der resultierenden Lötverbindungen verschlechtern. Dementsprechend wird ausgehend vom Stand der Technik ein Konzept zur vollständigen Untersuchung der Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen der Mischverbunde erarbeitet und umgesetzt. Die Mischverbunde werden durch Induktionslöten hergestellt, was einen lokalen Wärmeeintrag in die Fügestelle ermöglicht. Dadurch können Lötverbindungen mit dünnen Reaktionszonen erzeugt werden. Das Potenzial der Lötverbindungen wird anhand von Zugscher- und Ermüdungsversuchen aufgezeigt, die mit den Ergebnissen der Mikrostrukturanalyse und der fraktografischen Bewertung korreliert werden.:Abkürzungen und Formelzeichen iii
Abkürzungen iii
Formelzeichen iv
Abbildungsverzeichnis v
Tabellenverzeichnis xi
1 Einleitung und Motivation 1
2 Stand der Technik 2
2.1 Anwendungen von Stahl/Aluminium-Mischverbunden 2
2.2 Stoffschlüssiges Fügen von Stahl/Aluminium-Mischverbunden 3
2.2.1 Schweißen von Stahl/Aluminium-Mischverbunden 3
2.2.2 Löten von Stahl/Aluminium-Mischverbunden 8
2.2.2.1 Grundlagen 8
2.2.2.2 Verfahren und Lotwerkstoffe 10
2.3 Besonderheiten bei Stahl/Aluminium-Mischverbunden 15
2.3.1 Intermetallische Fe-Al-Verbindungen in der Reaktionszone 15
2.3.2 Kontrolle der Bildung und des Wachstums der Reaktionszone 20
2.3.3 Problematik bei mechanischer Charakterisierung der Mischverbunde 23
3 Folgerungen und Zielstellung 27
4 Experimentelle Durchführung 29
4.1 Grund- und Lotwerkstoffe 29
4.2 Benetzungs- und Lötversuche 31
4.3 Mikrostrukturelle Charakterisierung 34
4.3.1 Mikrostrukturanalyse 34
4.3.2 Mikrohärtemessung und Nanoindentation 35
4.3.3 Thermische Auslagerung 37
4.4 Mechanische Charakterisierung 39
4.4.1 Zugscher- und Warmzugscherversuche 39
4.4.2 Ermüdungsversuche 40
5 Ergebnisse 43
5.1 Benetzungsverhalten 43
5.2 Mikrostrukturelle Untersuchungen 45
5.2.1 Mikrostruktur der Lötverbindungen und Bildung der Reaktionszone 45
5.2.2 Mechanische Charakteristika der Gefügebestandteile 55
5.3 Festigkeitsuntersuchungen 59
5.3.1 Quasistatische Untersuchungen gelöteter Mischverbunde 59
5.3.2 Ermüdungsverhalten gelöteter Mischverbunde 69
5.4 Korrelation zwischen Reaktionszonendicke und Festigkeit 81
6 Diskussion der Ergebnisse 88
7 Zusammenfassung und Ausblick 92
8 Anlagen 93
8.1 Übersicht der Benetzungsproben auf Stahl X5CrNi18-10 93
8.2 Übersicht der Benetzungsproben auf AlMn1Cu 94
8.3 Beispiel der Ergebnisse der EDX-Analyse 95
8.4 Härteverlauf über die Reaktionszone 96
8.5 EBSD-Analyse der Lötverbindung 97
8.6 Mikrozugversuche 98
8.7 TEM-Untersuchungen der hergestellten Lötverbindungen 99
9 Literaturverzeichnis 102
10 Normenverzeichnis 112
11 Publikationen 113 / This thesis deals with the production of aluminum/stainless steel mixed joints in order to improve the mechanical properties and to extend the lifetime of the joints. Because of the different physical properties of the joining partners, a suitable joining technique is necessary. In comparison to welding, brazing offers significant advantages due to the lower liquidus temperature of the used brazing fillers. The main challenge is to prevent the formation of thick intermetallic layers in the reaction zone. These layers deteriorate the mechanical properties of the resulting joints predominantly. Correspondingly, a concept for the complete investigation of the microstructure-property relationships of the brazed joints is investigated. The joints are produced by induction brazing, which takes place in a short process time and allows a local heat input into the joint. Therefore, joints with a thin intermetallic layer in the reaction zone can be manufactured. The potential of the joints is demonstrated using monotonic tensile shear tests as well as fatigue tests. The achieved results are correlated with the results of the microstructural and fractographic analysis.:Abkürzungen und Formelzeichen iii
Abkürzungen iii
Formelzeichen iv
Abbildungsverzeichnis v
Tabellenverzeichnis xi
1 Einleitung und Motivation 1
2 Stand der Technik 2
2.1 Anwendungen von Stahl/Aluminium-Mischverbunden 2
2.2 Stoffschlüssiges Fügen von Stahl/Aluminium-Mischverbunden 3
2.2.1 Schweißen von Stahl/Aluminium-Mischverbunden 3
2.2.2 Löten von Stahl/Aluminium-Mischverbunden 8
2.2.2.1 Grundlagen 8
2.2.2.2 Verfahren und Lotwerkstoffe 10
2.3 Besonderheiten bei Stahl/Aluminium-Mischverbunden 15
2.3.1 Intermetallische Fe-Al-Verbindungen in der Reaktionszone 15
2.3.2 Kontrolle der Bildung und des Wachstums der Reaktionszone 20
2.3.3 Problematik bei mechanischer Charakterisierung der Mischverbunde 23
3 Folgerungen und Zielstellung 27
4 Experimentelle Durchführung 29
4.1 Grund- und Lotwerkstoffe 29
4.2 Benetzungs- und Lötversuche 31
4.3 Mikrostrukturelle Charakterisierung 34
4.3.1 Mikrostrukturanalyse 34
4.3.2 Mikrohärtemessung und Nanoindentation 35
4.3.3 Thermische Auslagerung 37
4.4 Mechanische Charakterisierung 39
4.4.1 Zugscher- und Warmzugscherversuche 39
4.4.2 Ermüdungsversuche 40
5 Ergebnisse 43
5.1 Benetzungsverhalten 43
5.2 Mikrostrukturelle Untersuchungen 45
5.2.1 Mikrostruktur der Lötverbindungen und Bildung der Reaktionszone 45
5.2.2 Mechanische Charakteristika der Gefügebestandteile 55
5.3 Festigkeitsuntersuchungen 59
5.3.1 Quasistatische Untersuchungen gelöteter Mischverbunde 59
5.3.2 Ermüdungsverhalten gelöteter Mischverbunde 69
5.4 Korrelation zwischen Reaktionszonendicke und Festigkeit 81
6 Diskussion der Ergebnisse 88
7 Zusammenfassung und Ausblick 92
8 Anlagen 93
8.1 Übersicht der Benetzungsproben auf Stahl X5CrNi18-10 93
8.2 Übersicht der Benetzungsproben auf AlMn1Cu 94
8.3 Beispiel der Ergebnisse der EDX-Analyse 95
8.4 Härteverlauf über die Reaktionszone 96
8.5 EBSD-Analyse der Lötverbindung 97
8.6 Mikrozugversuche 98
8.7 TEM-Untersuchungen der hergestellten Lötverbindungen 99
9 Literaturverzeichnis 102
10 Normenverzeichnis 112
11 Publikationen 113
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[en] CRACK MODELING IN ASPHALT MIXTURES BY THE DISCRETE ELEMENT METHOD / [pt] MODELAGEM DO TRINCAMENTO DE MISTURAS ASFÁLTICAS PELO MÉTODO DOS ELEMENTOS DISCRETOSJULIANA MARIA MEZA LOPEZ 28 October 2021 (has links)
[pt] O trincamento de camada de mistura asfáltica é o principal tipo de
deterioração das rodovias, e o presente estudo pretende contribuir para
conhecimento dos processos de fissuramento com o objetivo de incorporar novos
parâmetros mecânicos para melhorar projetos de pavimentação rodoviária . A
modelagem computacional através do Método dos Elementos Discretos (MED),
permitiu fazer uma simulação da iniciação e da propagação do trincamento em um
ensaio de tração direta chamado de Disco Circular com Fenda (Disk Shaped
compact), considerando uma abordagem da teoria da mecânica da fratura elástica
linear (MFEL) e a incorporação do modelo constitutivo de zona coesiva (MZC).
As modelagens realizadas permitiram inferir o comportamento de corpos de prova
de Disco Circular com Fenda DC(T) feitos em laboratório. O método dos
elementos discretos monstrou-se uma ferramenta apropriada para realizar este tipo
de simulação. Também foram feitas análises da sensibilidade da resposta do
modelo em relação a diversos parâmetros mecânicos do material: módulo de
Young (E), resistência à tração (RT) e energia da fratura (Gf). Este último
parâmetro foi obtido da área sob a curva tração-deslocamento da abertura da boca
da trinca (CMOD). A análise foi realizada considerando o corpo como material
homogêneo atribuindo-se a todas as partículas propriedades idênticas. A
modelagem numérica 2D foi executada através do programa comercial PFC2D
baseado no MED. / [en] The cracking of asphalt mixture layers is the main type of deterioration of
roads in Brazil, and this study aims to contribute to improve the knowledge of
cracking processes in order to incorporate new mechanical parameters into road pavement projects. Computer modeling by the Discrete Element Method (DEM), permitted the simulation of the initiation and the propagation of cracking in a tensile test called Direct Circular Slotted Disc (Disk Shaped Compact), whose interpretation is based on the theory of linear elastic fracture mechanics and considering an specific elastoplastic model known as the cohesive zone model (CZM). Results of Direct Circular Slotted Disc tests were obtained in laboratory
and interpreted by numerical simulations using the discrete element method, with
good results. The sensitivity of model response with respect to various mechanical parameters, such as the Young s modulus (E), the tensile strength (RT) and the fracture energy (Gf) was also analyzed. This last parameter (Gf) was obtained considering the area under the traction-displacement curve from the Crack Mouth Opening Displacement (CMOD) test. The analyses were carried out considering the body as a homogeneous material, assigning to all particles identical properties.
The 2D numerical model was analyzed using the commercial software PFC2D
based on the discrete element method (MED).
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Gesteinsmechanische Versuche und petrophysikalische Untersuchungen – Laborergebnisse und numerische SimulationenBaumgarten, Lars 26 May 2016 (has links) (PDF)
Dreiaxiale Druckprüfungen können als Einstufenversuche, als Mehrstufenversuche oder als Versuche mit kontinuierlichen Bruchzuständen ausgeführt werden. Bei der Anwendung der Mehrstufentechnik ergeben sich insbesondere Fragestellungen hinsichtlich der richtigen Wahl des Umschaltpunktes und des optimalen Verlaufs des Spannungspfades zwischen den einzelnen Versuchsstufen. Fraglich beim Versuch mit kontinuierlichen Bruchzuständen bleibt, ob im Versuchsverlauf tatsächlich Spannungszustände erfasst werden, welche die Höchstfestigkeit des untersuchten Materials repräsentieren. Die Dissertation greift diese Fragestellungen auf, ermöglicht den Einstieg in die beschriebene Thematik und schafft die Voraussetzungen, die zur Lösung der aufgeführten Problemstellungen notwendig sind. Auf der Grundlage einer umfangreichen Datenbasis gesteinsmechanischer und petrophysikalischer Kennwerte wurde ein numerisches Modell entwickelt, welches das Spannungs-Verformungs-, Festigkeits- und Bruchverhalten eines Sandsteins im direkten Zug- und im einaxialen Druckversuch sowie in dreiaxialen Druckprüfungen zufriedenstellend wiedergibt. Das Festigkeitsverhalten des entwickelten Modells wurde in Mehrstufentests mit unterschiedlichen Spannungspfaden analysiert und mit den entsprechenden Laborbefunden verglichen.
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Gesteinsmechanische Versuche und petrophysikalische Untersuchungen – Laborergebnisse und numerische SimulationenBaumgarten, Lars 25 November 2015 (has links)
Dreiaxiale Druckprüfungen können als Einstufenversuche, als Mehrstufenversuche oder als Versuche mit kontinuierlichen Bruchzuständen ausgeführt werden. Bei der Anwendung der Mehrstufentechnik ergeben sich insbesondere Fragestellungen hinsichtlich der richtigen Wahl des Umschaltpunktes und des optimalen Verlaufs des Spannungspfades zwischen den einzelnen Versuchsstufen. Fraglich beim Versuch mit kontinuierlichen Bruchzuständen bleibt, ob im Versuchsverlauf tatsächlich Spannungszustände erfasst werden, welche die Höchstfestigkeit des untersuchten Materials repräsentieren. Die Dissertation greift diese Fragestellungen auf, ermöglicht den Einstieg in die beschriebene Thematik und schafft die Voraussetzungen, die zur Lösung der aufgeführten Problemstellungen notwendig sind. Auf der Grundlage einer umfangreichen Datenbasis gesteinsmechanischer und petrophysikalischer Kennwerte wurde ein numerisches Modell entwickelt, welches das Spannungs-Verformungs-, Festigkeits- und Bruchverhalten eines Sandsteins im direkten Zug- und im einaxialen Druckversuch sowie in dreiaxialen Druckprüfungen zufriedenstellend wiedergibt. Das Festigkeitsverhalten des entwickelten Modells wurde in Mehrstufentests mit unterschiedlichen Spannungspfaden analysiert und mit den entsprechenden Laborbefunden verglichen.
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