اندازه‌گيري و شبيه‌سازي رفتار كششي آلومينيوم نانوساختار حاوي ذرات آلومينا به روش اجزاي محدود

Fabrication, Measurement and Mechanical Property Evaluation of Nanocomposite Al6061-Al2O3Using Finite Element Method

هدف اصلي اين مقاله، اندازه‌گيري و شبيه سازي خواص مكانيكي نانو كامپوزيت ذره‌اي Al6061-Al2O3 است. نانو كامپوزيت ذره‌اي توليد شده حاوي 0تا3 درصدحجمي از نانوذرات آلوميناست. از آن جايي كه استحكام تسليم و سختي در مواد نانوكامپوزيت به اندازه‌ي دانه‌هاي آنها بستگي دارد، براي بيان رابطه استحكام تسليم با اندازه دانه‌ها از رابطه تجربي هال-پچ استفاده شده است. در ادامه، روشهاي مختلف براي مدلسازي رفتار كششي ماده نانوساختار يعني تكنيك سلول واحد با تك آخال، سلول واحد با چندين آخال و سلول واحد جاسازي شده معرفي مي‌شوند و از آنها براي يش بيني زفتار آلومينيوم نانو ساختار استفاده مي‌شود. شبيه‌سازي رفتار مكانيكي در آلومينيوم نانو ساختار با استفاده از نرم افزار اجزاي محدود محاسبه و با مقادير تجربي مقايسه شده است. در نهايت، منحني تنش-كرنش نانوكامپوزيت ذره‌اي ساخته شده توسط روش سلول واحد مدلسازي شده است. مدل در نظر گرفته شده در اين قسمت تحت بارگذاري واحد قرار داده مي‌شود و در نهايت با همگن‌سازي در داخل حجم محدود مورد نظر، نمودار تنش-كرنش به‌دست مي‌آيد و با مقادير اندازه‌گيري شده مقايسه مي‌شود. تطابق خوب نتايج تجربي و عددي نمايانگر مناسب بودن مدل اجزاي محدود ارائه شده براي پيش بيني رفتار مكانيكي مواد نانوساختار و نانو كامپوزيتهاي ذره‌اي است. نتايج عددي نشان دادند كه استفاده از مدل‌سازيهايي به روش سلول واحد و سلول جاسازي شده براي مدل سازي نانوكامپوزيتها در كنار ساده بودن مي‌تواند بسيار كارامد باشد.

In this paper, a technique for fabrication of nanocomposite Al6061-Al2O3 is presented. Next, the mechanical propertiess of the nanocomposite are obtained by experimental and simulation techniques. The volume of alumina is 0-3% in nanocomposite. Since the yield and hardness of nanocomposite are grain dependence, the Hall-Petch relation is used. Different unit cell methods are utilized to simulate the stress-strain diagram of the nanostructured aluminium and nanocomposite Al6061- Al2O3 in simple tension test. To do the modeling, a unit load is applied on the unit cell and the stress and strain in all nodes are homogenized to derive the stress-strain curve of the whole cell. A good degree of correlation is observed between experimental and predicted data. The results also indicate that the use of unit cell and embedded unit cell for modeling nanocomposites is both simple and powerful.