Szintaktikus fémhabok rugalmassági tulajdonságainak becslési módszerei
Szintaktikus fémhabok rugalmassági tulajdonságainak becslési módszerei
Balázs Ágoston, 3. évfolyam
Konzulens: dr. Orbulov Imre Norbert, BME ATT
A szintaktikus fémhabok olyan kompozitok, melyek üreges gömbszerű erősítőanyagból és fémes mátrixanyagból épülnek fel. Az erősítőanyag legtöbb esetben kerámia vagy fém gömbhéj, amelynek átmérője a néhány tized millimétertől a néhány millimetres tartományban fekszik. Ezen üreges erősítőanyagnak köszönhető a nagymértékű sűrűség- és tömegcsökkenés, illetve a kompozit nagy teherbíró képessége is. Összehasonlítva más szilárd anyagokkal, polimer habokkal, a szintaktikus fémhabokat nagyobb szerkezeti merevség, nagyobb szilárdsági értékek, nagy energiaelnyelő- és rezgéscsillapító képesség jellemzi. Ezen kedvező tulajdonságok miatt van létjogosultságuk az ipar több területén, mint például az autóiparban, hajóiparban, űrtechnológiában és harcászati területeken is egyaránt. Sokrétű és ezen speciális területeken történő felhasználásuk is bizonyítja, hogy megtérülő ezen újszerű, szokásosnak nem nevezhető anyag fejlesztésével foglalkozni.
Munkám célja az volt, hogy olyan analitikus becslési módszereket elenőrízzek és módosítsak, amelyek lehetővé teszik a szintaktikus fémhabok rugalmassági tulajdonságainak minél pontosabb meghatározását. Ehhez – a komponensek eltérő anyagi tulajdonságai miatt – úgynevezett homogenizációs technikák alkalmazása szükséges. A módszerek lényege, hogy a mátrix és az erősítőanyag rugalmassági tulajdonságainak ismeretében, rugalmasságtani megfontolások alapján egy, az egész kompozitra jellemző eredő értéket határoznak meg. Ehhez olyan egységnyinek tekinthető ,,építőelemekre” van szükség, melyeken jól modellezhető az egytengelyű nyomó igénybevétel hatása. Erre kínálnak megoldást az úgynevezett Eshelby-féle három- és négyfázisú modellek. Mindkét modell tartalmaz egy-egy gömbhéjat és azt körülvevő homogén referencia közeget, viszont a négyfázisú modell a kettő között még egy koncentrikus mátrixgyűrűvel is rendelkezik. Ezen elemek segítségével és a megfelelő peremfeltételek figyelembevételével épül fel a kompozit-modell, amely alapjául szolgál a becslési módszereknek. Az analitikus módszerek segítségével figyelembe lehet venni a gyártás során keletkező nemkívánatos üregek jelenlétét és a tökéletlen adhéziót is a mátrix és a gömbhéj között. Továbbá a modelleken végzett vizsgálataimat különböző típusú erősítőanyagoknak megfelelő falvastagságokkal végeztem.
A becslési módszerek tesztelése során Al99,5 mátrixanygú és különböző típusú kerámia gömbhéjakkal előállított kompozitok értékeivel számoltam 64 %-os erősítőanyag tartalom mellett. Az így kapott eredményeket kísérletekből származó rugalmassági moduluszokkal vetettem össze. Az összehasoníltás azt mutatja, hogy a kidolgozott, és elsősorban polimer mátrixú anyagok esetére ellenőrzött modellek a szintaktikus fémhabok rugalmassági moduluszait jellemzően pontatlanul becslik. Ezen okból kifolyólag indokolt volt a modellek kiegészítése és módosítása is.
szerző
-
Balázs Dávid Ágoston
gépészmérnöki
nappali alapszak
konzulens
-
Dr. Orbulov Imre Norbert
egyetemi tanár, Anyagtudomány és Technológia Tanszék
