Modelowanie numeryczne mikrostruktury ceramiki.Zagadnienia wybrane

Modelowanie numeryczne mikrostruktury ceramiki.Zagadnienia wybrane, Tadeusz Niezgoda, Jerzy Małachowski, Wiesław Szymczyk, rok: 2005, ISBN: 83-204-3144-1, liczba stron: 254, format: B5, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne WNT

W książce omówiono zagadnienia związane z analizą wytrzymałościową materiałów ceramicznych na przykładzie ceramiki korundowej AI2O3 i kompozytu AI2O3 – ZrO2. Analizy wykonano za pomocą numerycznej metody elementów skończonych, zastosowanej do mikrostruktury rozważanego materiału. W przystępny sposób opisano zasady tworzenia modeli numerycznych, uwzględniających ziarnistą budowę mikrostruktury. Podano sposób oceny wiarygodności modeli na drodze badań eksperymentalnych, a także metody analizy oraz interpretacji otrzymanych wyników. Przedstawiono również charakterystykę materiałów ceramicznych.Wydawnictwa Naukowo-Techniczne i Autorzy polecają tę książkę pracownicy naukowym, doktorantom i studentom wydziałów inżynierii materiałowej wyższych uczelni technicznych. Będzie ona również przydatna dla inżynierów materiałoznawców i mechaników zajmujących się wytwarzaniem i zastosowaniem nowoczesnych materiałów ceramicznych, którzy znajdą tu wiele konkretnych danych o ich właściwościach i budowie.

Spis treści:

OD AUTORÓW
1. WSTĘP
1.1. Ceramika jako materiał konstrukcyjny
1.2. Zastosowanie metod numerycznych do analizy wytrzymałościowej
1.3. Badania własne
2. MATERIAŁY CERAMICZNE
2.1. Ogólna charakterystyka
2.2. Metody otrzymywania ceramiki konstrukcyjnej
2.2.1. Wytwarzanie proszków
2.2.2. Przygotowanie masy do formowania
2.2.3. Formowanie.
2.2.4. Spiekanie
2.2.5. Obróbka mechaniczna
2.3. Wybrane właściwości ceramicznych tworzyw konstrukcyjnych
2.3.1. Tlenek glinu AI2O3
2.3.2. Tlenek cyrkonu ZrO2
2.3.3. Kompozyt korundowo-cyrkonowy AI2O3-ZrO2
2.4. Podsumowanie
3. PODSTAWY TEORETYCZNE
METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH
3.1. Metody numeryczne w mechanice ośrodków ciągłych
3.1.1. Podstawy teoretyczne
3.1.2. Metoda Galerkina
3.1.3. Metody wariacyjne
3.1.4. Metoda elementów skończonych
3.2. Model obliczeniowy
3.2.1. Pojęcia podstawowe
3.2.2. Dyskretyzacja obszaru
3.2.3. Funkcje kształtu elementów dwu- i trójwymiarowych
3.2.4. Związki liniowej teorii sprężystości w postaci macierzowej
3.2.5. Całkowanie Gaussa
3.3. Nieliniowości i termosprężystość w modelu obliczeniowym
3.3.1. Zagadnienia nieliniowej sprężystości
3.3.2. Analiza zagadnień termosprężystości
3.3.3. Rozszerzalność cieplna w modelu obliczeniowym
3.4. Analiza globalno-lokalna
4. EKSPERYMENTALNE POMIARY
NAPRĘŻEŃ RESZTKOWYCH W CERAMICE
4.1. Metody pomiarów naprężeń
4.2. Metoda piezospektroskopowa
4.3. Analiza ramanowska
4.4. Pomiary spektroskopowe
5. NAPRĘŻENIA RESZTKOWE W CERAMICE
5.1. Sformułowanie problemu
5.2. Badania eksperymentalne naprężeń resztkowych w ceramice
5.2.1. Przygotowanie próbek ceramicznych
5.2.2. Stanowisko pomiarowe i pomiary
5.2.3. Obliczanie wartości naprężenia
5.2.4. Podsumowanie wyników eksperymentu
5.3. Analiza numeryczna
5.3.1. Równania metody elementów skończonych dla zagadnienia ortotropii cieplnej
5.3.2. Warunki brzegowe a dwuetapowa metoda przeprowadzania obliczeń
5.3.3. Modele numeryczne mikrostruktury ceramiki
5.3.3.1. Dwuwymiarowy model Tvergaarda-Hutchinsona
5.3.3.2. Modele trójwymiarowe
5.3.4. Losowy model materiałowy
5.3.5. Jakościowa analiza wyników obliczeń.
5.3.6. Ilościowa analiza wyników obliczeń
5.3.7. Uwagi do modelowania numerycznego
6. POWSTAWANIE l ROZWÓJ PĘKNIĘĆ
W CERAMICE AI2O3
6.1. Zjawisko pękania ceramiki i jej kompozytów
6.2. Uwarunkowania modelowania numerycznego pękania ceramiki AI2O3
6.3. Badania doświadczalne propagacji pęknięcia w ceramice
6.3.1. Przegląd metod badań doświadczalnych
6.3.2. Podatnościowa metoda wyznaczania długości pęknięcia
6.3.3. Metoda bezpośredniej obserwacji i pomiaru rozwoju pęknięcia
6.3.4. Opis stanowiska badawczego
6.3.5. Wyznaczanie charakterystyk pękania ceramiki AI2O3
6.3.5.1. Krzywa odporności na pękanie
6.3.5.2. Prędkość rozwoju pękania
6.3.5.3. Wyznaczanie energii pękania
6.3.6. Podsumowanie wyników badań doświadczalnych
6.4. Modelowanie numeryczne pękania ceramiki AI2O3
6.4.1. Równania metody elementów skończonych (MES)
6.4.2. Numeryczna symulacja rozwoju pęknięć podkrytycznych
6.4.3. Modelowanie numeryczne karbu w próbce
6.4.4. Modelowanie numeryczne rozwoju pęknięcia
6.4.5. Krzywa podatności - siły kohezji
6.4.6. Kryterium naprężeniowe do modelowania rozwoju pęknięcia
6.4.7. Algorytm obliczeń numerycznych
6.4.8. Modele i obliczenia numeryczne
6.4.8.1. Modele numeryczne czoła karbu
6.4.8.2. Model numeryczny do symulacji rozwoju pęknięcia
6.4.9. Wyniki obliczeń i ich analiza
6.4.9.1. Stan naprężenia w obszarze czoła karbu (bez uwzględnienia efektu mostkowania)
6.4.9.2. Stan naprężenia w obszarze czoła pęknięcia
6.4.9.3. Rozwarcie szczeliny pęknięcia
6.4.9.4. Wyznaczanie krzywej odporności na pękanie
6.4.9.5.Wyznaczanie energii pękania
6.5. Metody analityczno-numeryczne wyznaczania stanu naprężenia w obszarze czoła pęknięcia
6.5.1. Metoda Fetta.
6.5.2. Metoda Cao i Sakai
6.5.3. Porównanie wyników obliczeń numerycznych z wynikami badań eksperymentalnych
7. PRZEMIANY FAZOWE W KOMPOZYCIE
CERAMICZNYM AI2O3 - ZrO2
7.1. Znaczenie przemiany fazowej i naprężeń resztkowych 
7.2. Badania eksperymentalne
7.2.1. Badania właściwości materiałów
7.2.1.1. Ceramika korundowa AI2O3
7.2.1.2. Ceramika korundowo-cyrkonowa (kompozyt AI2O3-ZrO2)
7.2.1.3. Badanie właściwości mechanicznych
7.2.1.4. Dyskusja wyników
7.2.2. Analiza naprężeń resztkowych w kompozycie ceramicznym AI2O3 - ZrO2
7.2.2.1. Analiza metodą spektroskopową
7.2.2.2. Analiza technikąpiezospektroskopową
7.2.2.3. Analiza technikąramanowską
7.2.2.4. Dyskusja wyników pomiarów spektroskopowych
7.3. Proces pękania ceramiki AI2O3 - ZrO2
7.3.1. Zawartość fazy jednoskośnejZrO2
7.3.2. Wpływ przemiany fazowej ZrO2 na stan naprężenia
7.3.3. Naprężenia inicjujące przemianę fazową ZrO2 w próbkach AI2O3 – ZrO2 
7.4. Analiza mikrostruktury próbek na potrzeby modelowania numerycznego
7.4.1. Analiza rozkładu wielkości ziaren
7.4.2. Analiza cech mikrostruktury
7.5. Modele numeryczne z symulacją efektu przemiany fazowej
7.5.1. Modelowanie mikrostruktury kompozytu ceramicznego
7.5.2. Obliczanie naprężeń resztkowych
7.5.3. Symulacja przemiany fazowej w modelu MES
7.5.4. Testowy model numeryczny mikrostruktury
7.5.5. Formułowanie warunków brzegowych
7.5.6. Obliczenia z symulacją przemiany fazowej
7.5.7. Podsumowanie wyników badań testowych
7.5.8. Model i wyniki obliczeń rzeczywistej mikrostruktury
8. UWAGI KOŃCOWE
LITERATURA