جامع عناصر دارای انطباق خمش افزایش در مقایسه با صفحات فله. ترک محدود به تعداد کمی از عناصر را، به طوری که بسیاری از عناصر دست نخورده باقی می ماند و قابل استفاده مجدد هستند. اعتبار: T. Krause و همکاران، خروج. مهندس مادر
.
برای بسیاری از برنامه های کاربردی با درجه حرارت بالا، سرامیک ضروری است. بدون مهندسی مواد دیگر را چنین سختی بالا، استحکام، سختی و دوام در بسته است. مشکل عمده در استفاده از مواد سرامیکی سختی نسبتا پایین شکست خود است. مواد سرامیکی به طور کلی در معرض تنش های کششی و بارگذاری تاثیر است. ترک ها با سرعت بالا، که منجر به شکست ناگهانی از اجزای سرامیکی انتشار.
استفاده از تقسیم، به جای یکپارچه، ساختار، یک راه مناسب برای مقابله با این چقرمگی کم می باشد. ترک هایی که رخ می دهد در یک قطعه واحد محدود باقی می ماند. بخش می تواند همراه مرحله پلت چسبان، کلید، و اتصال دهنده ها و یا به موجب هندسه خاص و ترتیب بخش برگزار می شود.
گروهی از محققان از دانشگاه برمن، آلمان، مرکز هوافضا آلمان و دانشگاه موناش در کلیتون، استرالیا، اتصال به نیروی مناسب از اجزای گسسته سرامیکی با استفاده از سطوح هندسی هم پیوسته مطالعه قرار گرفت. این سطوح دارای از یک سو مقعر و از سوی دیگر محدب مونتاژ اجازه توپولوژی از ساختار که در آن هر عنصر فرد kinematically در همسایگان خود قفل شده است.
محققان عناصر توسط ژل توقف مایع سرامیک، که قادر به نزدیک یک شکل خالص و انقباض کم تولید می شود. ژل یخ شامل انجماد سریع مایع پراکنده کلوئیدی شامل ذرات سرامیکی و پس از آن خشک کردن و پخت. این روش مقرون به صرفه و امکانات زیادی برای کنترل تولید قطعات سرامیکی را ارائه می دهد.
برای مقایسه، گروه صفحات جامد از همان مواد سرامیکی در همان حالت بارگذاری را آزمایش کردند. در طول بارگذاری می شوند، سطوح مسطح در درون ساختار قفل از دست دادن ارتباط با همسایگان خود دارند. اما از یک سو مقعر و از سوی دیگر محدب سطوح در تماس باقی می ماند. ترک در بلوک های منحصر به فرد ترجمه شده است. همانطور که در هیچ مرحله پلت چسبان متصل بلوک های تشکیل دهنده، ضعیف ترین اصل لینک به ساختار قفل به طور کامل اعمال نمی شود. بنابراین، این سازه برای تغییر شکل های بزرگ اجازه می دهد و متحمل به عناصر گم شده و یا از بین می روند.
با این حال، صفحه جامد می تواند تغییر شکل فراتر از نقطه حداکثر بار تحمل نیست، آنهایی که تقسیم قادر به حفظ تمامیت ساختاری خود و اقامت دگردیس و فراتر از نقطه حداکثر بار بودند. مجامع از عناصر قفل سرامیک می تواند انحراف خمشی مقاومت در برابر به ده برابر از آن صفحه جامد از مواد مشابه می تواند حفظ.
یک مقاله در این کار، "خواص مکانیکی ساختار topologically های همپیوند با عناصر تولید شده توسط ژل یخ مایع سرامیک،" به نظر می رسد در مهندسی مواد پیشرفته (DOI: 10.1002/adem.201100244)
(مارتین Grolms می نویسد برای MaterialsViews.com)
متن اصلی به زبان انگلیسی Assemblies of such elements possess an increased bending compliance compared to bulk plates. Cracks are confined to a few elements, so that most of the elements stay intact and are reusable. Credit: T. Krause et al.; Adv. Eng. Mater.
For many high-temperature applications, ceramics are indispensable. No other engineering materials offer such high stiffness, strength, hardness and durability in the same package. The major difficulty in applying ceramic materials is their relatively low fracture toughness. Ceramic materials are generally vulnerable to tensile stresses and impact loading. Cracks propagate with high speed, which leads to sudden failure of ceramic components.
The use of segmented, rather than monolithic, structures is an appropriate way to cope with this low fracture toughness. Cracks that do occur remain confined within a single segment. The segments can be held together by a binder phase, keys, and connectors or by virtue of special geometry and arrangement of the segments.
A group of researchers from the University of Bremen, Germany, the German Aerospace Center and the Monash University in Clayton, Australia, studied the force-fit connection of discrete ceramic components by means of geometrically interlocking surfaces. These surfaces possess a concavo-convex topology permitting assembly of structures in which each individual element is kinematically locked by its neighbors.
The researchers produced the elements by freeze gelation of ceramic slurries, which enable a near net shape and a low shrinkage. The freeze gelation process involves rapid freezing of colloidal dispersed slurries containing ceramic particles and subsequent drying and sintering. This method is cost-effective and offers many possibilities to control the production of ceramic parts.
For comparison, the group tested solid plates of the same ceramic material in the same loading mode. During loading, the planar surfaces within the interlocked structure lose contact to their neighbors. But the concavo-convex surfaces remain in contact. Cracks are localized within individual blocks. As no binder phase connects the constituent blocks, the weakest link principle does not fully apply to an interlocked structure. Thus, these structures allow for large deformations and are tolerant to missing or destroyed elements.
However, the solid plate could not withstand deformation beyond the point of maximum load, the segmented ones were able to maintain their structural integrity and stay deformable well beyond the point of maximum load. The assemblies of interlocked ceramic elements can withstand flexural deflections up to a ten-fold of those the solid plate from the same material can sustain.
A paper on this work, “Mechanical properties of topologically interlocked structures with elements produced by freeze gelation of ceramic slurries,” appears in Advanced Engineering Materials (doi:10.1002/adem.201100244)
(Martin Grolms writes for MaterialsViews.com)
برای بسیاری از برنامه های کاربردی با درجه حرارت بالا، سرامیک ضروری است. بدون مهندسی مواد دیگر را چنین سختی بالا، استحکام، سختی و دوام در بسته است. مشکل عمده در استفاده از مواد سرامیکی سختی نسبتا پایین شکست خود است. مواد سرامیکی به طور کلی در معرض تنش های کششی و بارگذاری تاثیر است. ترک ها با سرعت بالا، که منجر به شکست ناگهانی از اجزای سرامیکی انتشار.
استفاده از تقسیم، به جای یکپارچه، ساختار، یک راه مناسب برای مقابله با این چقرمگی کم می باشد. ترک هایی که رخ می دهد در یک قطعه واحد محدود باقی می ماند. بخش می تواند همراه مرحله پلت چسبان، کلید، و اتصال دهنده ها و یا به موجب هندسه خاص و ترتیب بخش برگزار می شود.
گروهی از محققان از دانشگاه برمن، آلمان، مرکز هوافضا آلمان و دانشگاه موناش در کلیتون، استرالیا، اتصال به نیروی مناسب از اجزای گسسته سرامیکی با استفاده از سطوح هندسی هم پیوسته مطالعه قرار گرفت. این سطوح دارای از یک سو مقعر و از سوی دیگر محدب مونتاژ اجازه توپولوژی از ساختار که در آن هر عنصر فرد kinematically در همسایگان خود قفل شده است.
محققان عناصر توسط ژل توقف مایع سرامیک، که قادر به نزدیک یک شکل خالص و انقباض کم تولید می شود. ژل یخ شامل انجماد سریع مایع پراکنده کلوئیدی شامل ذرات سرامیکی و پس از آن خشک کردن و پخت. این روش مقرون به صرفه و امکانات زیادی برای کنترل تولید قطعات سرامیکی را ارائه می دهد.
برای مقایسه، گروه صفحات جامد از همان مواد سرامیکی در همان حالت بارگذاری را آزمایش کردند. در طول بارگذاری می شوند، سطوح مسطح در درون ساختار قفل از دست دادن ارتباط با همسایگان خود دارند. اما از یک سو مقعر و از سوی دیگر محدب سطوح در تماس باقی می ماند. ترک در بلوک های منحصر به فرد ترجمه شده است. همانطور که در هیچ مرحله پلت چسبان متصل بلوک های تشکیل دهنده، ضعیف ترین اصل لینک به ساختار قفل به طور کامل اعمال نمی شود. بنابراین، این سازه برای تغییر شکل های بزرگ اجازه می دهد و متحمل به عناصر گم شده و یا از بین می روند.
با این حال، صفحه جامد می تواند تغییر شکل فراتر از نقطه حداکثر بار تحمل نیست، آنهایی که تقسیم قادر به حفظ تمامیت ساختاری خود و اقامت دگردیس و فراتر از نقطه حداکثر بار بودند. مجامع از عناصر قفل سرامیک می تواند انحراف خمشی مقاومت در برابر به ده برابر از آن صفحه جامد از مواد مشابه می تواند حفظ.
یک مقاله در این کار، "خواص مکانیکی ساختار topologically های همپیوند با عناصر تولید شده توسط ژل یخ مایع سرامیک،" به نظر می رسد در مهندسی مواد پیشرفته (DOI: 10.1002/adem.201100244)
(مارتین Grolms می نویسد برای MaterialsViews.com)
متن اصلی به زبان انگلیسی Assemblies of such elements possess an increased bending compliance compared to bulk plates. Cracks are confined to a few elements, so that most of the elements stay intact and are reusable. Credit: T. Krause et al.; Adv. Eng. Mater.
For many high-temperature applications, ceramics are indispensable. No other engineering materials offer such high stiffness, strength, hardness and durability in the same package. The major difficulty in applying ceramic materials is their relatively low fracture toughness. Ceramic materials are generally vulnerable to tensile stresses and impact loading. Cracks propagate with high speed, which leads to sudden failure of ceramic components.
The use of segmented, rather than monolithic, structures is an appropriate way to cope with this low fracture toughness. Cracks that do occur remain confined within a single segment. The segments can be held together by a binder phase, keys, and connectors or by virtue of special geometry and arrangement of the segments.
A group of researchers from the University of Bremen, Germany, the German Aerospace Center and the Monash University in Clayton, Australia, studied the force-fit connection of discrete ceramic components by means of geometrically interlocking surfaces. These surfaces possess a concavo-convex topology permitting assembly of structures in which each individual element is kinematically locked by its neighbors.
The researchers produced the elements by freeze gelation of ceramic slurries, which enable a near net shape and a low shrinkage. The freeze gelation process involves rapid freezing of colloidal dispersed slurries containing ceramic particles and subsequent drying and sintering. This method is cost-effective and offers many possibilities to control the production of ceramic parts.
For comparison, the group tested solid plates of the same ceramic material in the same loading mode. During loading, the planar surfaces within the interlocked structure lose contact to their neighbors. But the concavo-convex surfaces remain in contact. Cracks are localized within individual blocks. As no binder phase connects the constituent blocks, the weakest link principle does not fully apply to an interlocked structure. Thus, these structures allow for large deformations and are tolerant to missing or destroyed elements.
However, the solid plate could not withstand deformation beyond the point of maximum load, the segmented ones were able to maintain their structural integrity and stay deformable well beyond the point of maximum load. The assemblies of interlocked ceramic elements can withstand flexural deflections up to a ten-fold of those the solid plate from the same material can sustain.
A paper on this work, “Mechanical properties of topologically interlocked structures with elements produced by freeze gelation of ceramic slurries,” appears in Advanced Engineering Materials (doi:10.1002/adem.201100244)
(Martin Grolms writes for MaterialsViews.com)
+ نوشته شده در دوشنبه پانزدهم خرداد ۱۳۹۱ ساعت 11:23 توسط حسن بابالویی
|