AI Summary & Key Takeaways
AI InsightTherefore, the significance of strain life approach considering the effect of plastic deformation in fatigue life calculations for AMC material is emphasized.
📌 3 Key Takeaways
Abstract
Aluminum matrix composites (AMC) have recently been used in engineering applications such as aerospace, automotive and energy. A computational approach was developed to predict the fatigue life of AA2009-silicon carbide (SiC)p aluminum matrix composites (AMCs), consisting of an AA2009 aluminum matrix reinforced with silicon carbide particles, using ANSYS Workbench 2020 R2 Static Structural, a general-purpose finite element software. AMC plate was discretized using 3D hexahedron elements and mesh independence study was carried out to determine the FEM model to be utilized considering a balance between accuracy and computation time. Equivalent von-Mises stresses around the hole were calculated and the critical point was determined. Fatigue life of plate was calculated based on stress and strain life methods, and obtained computational results were compared with results obtained from analytical formulations. It was observed that both results agree very well, which indicated the accuracy of the developed computational model. Fatigue life of the plate was calculated with respect to increasing horizontal load, and different fatigue life curves were generated under different load combinations as functions of load directionality (k1), bending moment directionality (k2) and stress ratios (R). The fatigue life behavior of AMC was assessed based on stress life and strain life approaches under progressively increasing horizontal load levels and various load combinations. At higher load levels, the strain life approach predicted a longer fatigue life due to its ability to account for the effects of plastic deformation and strain hardening in the (SiC)p reinforced aluminum matrix however, the stress life approach does not capture these effects, resulting in shorter fatigue lives. The low values of the load directionality (k1) and moment directionality (k2), together with a stress ratio (R) of -1, result in differences exceeding 90% in fatigue life predictions obtained using stress life and strain life methods. Therefore, the significance of strain life approach considering the effect of plastic deformation in fatigue life calculations for AMC material is emphasized.
Özet
Alüminyum matris kompozitler (AMK) son zamanlarda havacılık, otomotiv ve enerji gibi mühendislik uygulamalarında kullanılmaktadır. Alüminyum AA2009 ve silisyum karbür partikülden yapılmış AA2009-silisyum karbür (SiC)p AMK’nin yorulma ömrünü tahmin etmek için genel amaçlı bir sonlu elemanlar analiz yazılımı olan ANSYS Workbench 2020 R2 Static Structural kullanılarak hesaplamalı bir yaklaşım geliştirilmiştir. AMK plaka, 3-boyutlu hekzahedron elemanlar kullanılarak ayrıklaştırılmıştır ve doğruluk ve hesaplama süresi arasında bir denge göz önünde bulundurularak kullanılacak Sonlu Elemanlar Metodu (SEM) modelini belirlemek için ağ bağımsızlığı çalışması yapılmıştır. Delik etrafındaki eşdeğer von-Mises gerilmeleri hesaplanmış ve kritik nokta belirlenmiştir. Gerilme ve gerinim ömrü yöntemlerine dayalı olarak plakanın yorulma ömrü hesaplanmış ve elde edilen hesaplamalı sonuçlar analitik formülasyonlardan elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Her iki sonucun da çok iyi uyum sağladığı gözlemlenmiş, bu da geliştirilen hesaplamalı modelin doğruluğunu göstermektedir. Plakanın yorulma ömrü, artan yatay yüke göre hesaplanmış ve farklı yük kombinasyonları altında yük yönlülüğü (k1), eğilme momenti yönlülüğü (k2) ve gerilme oranlarının (R) fonksiyonları olarak farklı yorulma ömrü eğrileri oluşturulmuştur. AMK malzemelerin yorulma ömrü davranışı artan yatay yük seviyeleri ve farklı yük koşulları için gerilme ve gerinim ömrü yaklaşımları ile belirlenmiştir. Artan yük seviyelerinde (SiC)p takviyeli alüminyum matriste plastik deformasyon ve gerinim sertleşmesi etkileri gerinim ömrü yaklaşımına göre daha fazla yorulma ömrü döngüsü elde edilmesini sağlarken, gerilme ömrü yaklaşımında bu etkiler dikkate alınmadığı için yorulma ömründe daha az ömür döngüsü elde edilmiştir. Yük yönlülüğü (k1) ve moment yönlülüğü (k2) değerinin küçük seviyede olması ile gerilme oranı (R) değerinin -1 olması gerilme ve gerinim ömrü metotları ile hesaplanan ömür tahminlerinde 90% üzerinde farklar oluşturur. Bu nedenle, AMK malzemeler için yorulma ömrü hesaplamalarında plastik deformasyon etkisini dikkate alan gerinim ömrü yaklaşımının önemi vurgulanmıştır.