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Análisis computacional a dos escalas de la deformación y fractura en un material compuesto de Al-Si fabricado por fabricación aditiva con alimentación de alambre por haz de electrones

Autores: Balokhonov, Ruslan; Zemlianov, Aleksandr; Utyaganova, Veronika; Gatiyatullina, Diana; Romanova, Varvara

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico


Categoría

Ciencias de los Materiales

Subcategoría

Materiales estructurales

Palabras clave

Simulación numérica
Deformación
Fractura
Aleación AlSi12%
Microestructura
Eutéctico
Estructura dendrítica
Material compuesto
Brazos de aluminio
Red eutéctica
Partículas de silicio
ABAQUS/Explícito
Modelo elástico-plástico
Isotrópico
Modelo de fractura
Criterio de energía de distorsión
Enfoque de dos escalas
Comportamiento termomecánico
Propiedades homogeneizadas
Tensiones residuales
Resistencia
Fracción de volumen
Dendritas.

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 3

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Se lleva a cabo una simulación numérica de la deformación y fractura de una aleación AlSi12% fabricada aditivamente mediante fusión por haz de electrones capa por capa de un alambre. La microestructura de la aleación se estudia mediante microscopía electrónica de barrido y de transmisión a diferentes resoluciones. El estudio experimental a una escala de varias decenas de micrones revela una estructura dendrítica, que puede considerarse como un material compuesto formado por brazos de aluminio separados por una red eutéctica. La fracción de volumen de dendritas varía con la distancia desde la placa base en la dirección de construcción. Los eutécticos también pueden considerarse como un compuesto con una matriz de aluminio reforzada por partículas de silicio a una escala de unos pocos micrones. Las partículas de diferentes formas están casi igualmente espaciadas en la matriz. Las estructuras eutécticas y dendríticas se tienen en cuenta explícitamente en los cálculos. Los problemas dinámicos de valor límite se resuelven mediante ABAQUS/Explicit. Se utilizan modelos elástico-plásticos e isotrópicos para simular la respuesta del aluminio y el silicio. El modelo de fractura incluye un criterio de energía de distorsión máxima formulado para los materiales de partículas y matriz en términos de tensión equivalente y deformación plástica. Se propone un enfoque de dos escalas para investigar la deformación y fractura de la aleación AlSi12%. A escala eutéctica, se simula el comportamiento termomecánico del compuesto de dos fases de matriz de Al y partículas de silicio para obtener las propiedades homogeneizadas del material compuesto eutéctico, que luego se utiliza a una escala mayor para investigar la deformación y fractura de una estructura dendrítica de dos fases. Se encontró que las tensiones residuales formadas durante el enfriamiento del material fabricado aditivamente disminuyen la resistencia del compuesto, mientras que la resistencia aumenta con la fracción de volumen de dendritas.

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