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《Ceramics International》:3D打印氧化铝-氧化锆陶瓷热弹性性能的多尺度建模

《Ceramics International》:3D打印氧化铝-氧化锆陶瓷热弹性性能的多尺度建模

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2023-06-25 17:03
  • 访问量:

【概要描述】

《Ceramics International》:3D打印氧化铝-氧化锆陶瓷热弹性性能的多尺度建模

【概要描述】

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2023年5月12日,圣地亚哥大学等单位的研究人员在《Ceramics International》上发表题为Multiscale modelling of the thermoelastic properties of alumina-zirconia ceramics for 3D printing的研究论文,介绍了一个数值程序的应用,旨在预测3D打印氧化铝-氧化锆陶瓷的有效热弹性性能,有望成为精确有效预测这一参数的多尺度建模工具。

论文链接:

//doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.05.052

  研究简介  

3D打印制造陶瓷件时需要对影响其最终热弹性性能的参数进行分析以便进行微调,对此本文提出了基于有限元的数值程序的应用,旨在预测3D打印氧化铝-氧化锆陶瓷的有效热弹性性能。数值模拟考虑了三个不同的尺度:微观、中观和宏观尺度,微观尺度对应于1500℃烧结时不同成分的氧化铝-氧化锆试样的显微组织水平,宏观尺度对应于3D打印陶瓷多孔晶格的宏观结构水平。
最初在微观层面上的微观结构分析提供了氧化铝/氧化锆比例对材料热弹性性能的影响,再加在中尺度层面上周期单元胞的几何形状的定义,再次分析得出材料和宏观结构晶格几何对结构热弹性性能的耦合影响。
此外,在不同的氧化铝/氧化锆比例下,获得了烧结试样的实验热弹性性能,并分析了显微组织模式。研究人员利用细观力学和复合理论分析模型预测了材料微观组织的有效热弹性性能,给出并比较了所有微观结构水平的数值、实验和分析结果。

  研究内容解读  

本研究介绍了一个数值程序的应用,旨在预测3D打印氧化铝-氧化锆陶瓷的有效热弹性性能,包括(i)微观结构程序,其中分析了烧结样品的氧化铝/氧化锆比对宏观均匀和各向同性材料的热弹性性能的影响,以及(ii)中观和宏观结构程序。
团队研究了宏观非均质各向异性结构的氧化铝/氧化锆比和宏观晶格孔隙率对各向异性导热系数、热膨胀和弹性张量的影响。对于微观组织过程,利用OOF2软件数值计算了材料的热弹性性能,即杨氏模量、导热系数、CTE和泊松比。虽然对杨氏模量的数值存在一定的高估,但总体数值结果与实验结果基本一致。因此,微观结构水平的数值模拟方法适用于有效热弹性性能的预测。
实验得到了不同氧化铝/氧化锆比例下的热弹性性能,分析了其微观结构,并与数值细观力学和复合理论模型进行了比较。另一方面,基于AEH方法的中观和宏观结构过程被证明是预测和分析3D打印氧化铝-氧化锆陶瓷宏观结构力学性能的有效工具。在这种情况下,同时采用这些数值程序可能会成为预测3D打印氧化铝/氧化锆陶瓷有效热弹性性能的精确和有效的多尺度建模工具。

图2 氧化铝-氧化锆复合材料显微照片。

图18 氧化铝-氧化锆复合材料RUC的特征位移-正常特征形状。

图20 对于不同的成分的导热系数矩阵。

——END——

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