التحقق من تأثير تفاعل الزحف - الكلال على المواد المتدرجة وظيفياً

الباحث

زيدون محمد راهي

المشرف

أحمد نايف ابراهيم - احمد عدنان عبد الجبار

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة الميكانيكية / الهندسة الميكانيكية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2023

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Creep-fatigue interaction;Functionally graded material;Fatigue life;Applied mechanics

تركز هذه الأطروحة على دراسة تفاعل الزحف والكلال في المواد المتدرجة وظيفياً (FGMs) المواد المتدرجة وظيفياً (FGMs) عبارة عن مواد متطورة تتكون من طبقات مختلفة من سبائك الألومنيوم والزنك ، ويتم تصنيعها من خلال طريقة الصب الدائم. تتنوع نسب الخلط والتكديس للسبائك بين ثلاثة أنواع من المواد المتدرجة وظيفياً (01/15]): Al - 50% Al 5096 Zn - 5096 Zn 50% Al - 100% Zn], [100% Al - 30% Zn 100%[ Al - 70% Zn 30% Al - 100% Zn], and [100% Al - 70% Zn 30% Al - 30% 70% Zn 70% Al - 100% Zn] (FGM 1, FGM 2, and FGM 3). تضمنت منهجية البحث دراسة الخصائص الميكانيكية المواد المتدرجة وظيفياً تحت درجات حرارة مرتفعة ، مع مراعاة نقاط الانصهار المختلفة للسبائك. لوحظ وجود آليات فشل في درجات الحرارة العالية ¢ حيث أظهر المواد المتدرجة وظيفياً ,3 FGM أداءً Leila مناسبًا لتطبيقات الطيران والسيارات والمحركات والتروس والمحامل. النتائج التجريبية والتحليلية المقدمة هنا متخصصة في المواد المتدرجة وظيفيا المعدني. Cy pai قياسات الكثافة باستخدام مبدأ أرخميدس ¢ تجريبيًا ونظريًا ، للأنواع الثلاثة من المواد المتدرجة وظيفيا. انخفضت الكثافة بحوالي 50/ و 39/ و 755 في حالة FGM 1,FGM 2, and ‘FGM 3 على التوالي ¢ بسبب الكثافة التدريجية والمتغيرة على طول مسافة القضيب. تم إجراء اختبارات الصلابة على محيط ولب المواد المتدرجة وظيفيا. أثر تسلسل التكديس ونسبة الخلط على الصلابة ٠ مما أدى إلى متوسط زيادة بنسبة 7214 و 710 و 224 لسبائك FGM 1,FGM 2, and FGM 3 على التوالي. أظهر النوع الأول تحسينات بنسبة 210 و 75 و 28 ، وأظهر النوع الثاني تحسينات بنسبة 76 و 8/ و Lain ، 73 أظهر النوع الثالث زيادات قدرها 713 و 18“ و £16 للخصائص المعنية. تم إجراء اختبارات الشد أيضًا في درجات حرارة عالية (80 درجة مئوية ، 160 درجة مئوية ، 0 درجة مئوية ، 320 درجة مئوية). أظهر النوع الثالث من المواد المتدرجة وظيفيا أفضل سلوك ، خاصة عند 320 درجة مئوية.

This thesis focuses on the study of creep-fatigue interaction in functionally graded materials (FGMs). FGMs are advanced materials composed of different layers of aluminum and zinc alloys, manufactured through a permanent casting method. The stacking sequence and mixing ratios of the alloys vary among three types of FGMs: [100% Al - 50% Al 50% Zn - 50% Zn 50% Al - 100% Zn], [100% Al - 30% Zn 70% Al - 70% Zn 30% Al - 100% Zn], and [100% Al - 70% Zn 30% Al - 30% Zn 70% Al - 100% Zn] (FGM 1, FGM 2, and FGM 3). The research methodology involved studying the mechanical properties of FGMs under elevated temperatures, considering the different melting points of the alloys. Distinct failure mechanisms were observed at high temperatures, with FGM 3 exhibiting superior performance suitable for aerospace applications, automobiles, motors, gears, and bearings. The experimental and analytical results presented here are specialized in metal- metal FGMs. Density measurements were conducted using Archimedes' principle, both experimentally and theoretically, for the three types of FGMs. The density decreased by approximately 50%, 39%, and 55% for FGM 1, FGM 2, and FGM 3, respectively, due to the gradual and varying density along the rod's distance. Hardness tests were performed on the circumference and core of the FGM rods. The stacking sequence and mixing ratio influenced the hardness, resulting in an average increase of 14%, 10%, and 24% for FGM 1, FGM 2, and FGM 3 alloys, respectively. Tensile tests revealed significant improvements in elasticity, tensile strength, and yield strength. On average, the first type exhibited enhancements of 10%, 5%, and 8%, the second type showed improvements of 6%, 8%, and 3%, while the third type demonstrated increases of 13%, 18%, and 16% for the respective properties. Tensile tests were also conducted at high temperatures (80°C, 160°C, 240°C, and 320°C). The third type of FGM exhibited the best behavior, particularly at 320°C. Creep-rupture and high cycle fatigue tests were performed on the three types of FGMs to evaluate the combined effect of creep and fatigue behavior. Varying the stacking sequence, mixing ratios, and stacking types improved the fatigue limits. Compared to the base alloys, the fatigue limits increased by 22% for FGM 1, 7% for FGM 2, and 36% for FGM 3. FGM 3 showed a 12% and 28% higher fatigue limit than FGM 1 and FGM 2, respectively. The cycle life decreased as applied stresses and temperatures increased, with FGM 3 displaying an 11% disparity at 80°C and a 1.5% disparity at 240°C according to the Ansys model. Creep rupture tests were conducted at temperatures of 160°C, 240°C, and 320°C, applying stresses ranging from 40% to 90% of the yield stress. Increasing the applied stress and temperature reduced the time to rupture in FGMs. The mixing ratio and stacking sequences contributed to improved creep-rupture resistance. The Findley Power Low model provided good compatibility with experimental creep-rupture tests. The creep-fatigue test program consisted of two parts: a rotating test for 20% of the failure cycles and a holding time at a specified temperature equal to 10% of the rupture time. The failure of FGMs occurred during the rotating section of the test program due to creep-fatigue interactions. Experimental times to failure were consistently greater than theoretical times due to these interactions. Empirical equations were proposed to estimate damage and time to failure for the three types of FGMs, as Manson and Halford's creep- fatigue interaction rule resulted in unsafe designs assuming D = 1. The proposed equations provided accurate damage values under creep-fatigue interaction conditions, ensuring a safer design for the three types of FGMs manufactured from aluminum-zinc alloys. Overall, this research contributes to a deeper understanding of creep- fatigue interaction in functionally graded materials and provides valuable insights for their application in various industries.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب