KFUPM ePrints

A study of the static and dynamic properties of Al-Based A1₂O₃ metal matrix composites

Hafeez, Syed (2005) A study of the static and dynamic properties of Al-Based A1₂O₃ metal matrix composites. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
7Mb

Arabic Abstract

الجزء المقوي مادة المركبات المعدنية (PRMMC) تتألف من أجزاء السيراميك المنتظمة الموزعة داخل مادة المعدن. حديثاً، عملت بحوث واسعة على مركبات (PRMMC) المواد المقوية ذو أجزاء بمقاسات أكبر من 1 من مليون جزء من المتر؛ كما قام قليل من الباحثين بدراسة مركبات (PRMMC) ذو أجزاء مقوية بمقاسات أقل من 1 من مليون جزء من المتر. الهدف الأساسي من هذه الدراسة هو تحديد آلية القوة للعنصر الأساسي لمادة الألمونيوم (Al2O3) كأساس للمركبات المعدنية تحت حمولات ساكنة وفعالة. تم اختبار ودراسة العديد من العينات من هذه المركبات التي تحتوي على حجم 20 , 10 و Al2O3 %30 . لقد قورنت نتائج اختبار التصادم قليل السرعة مع نتيجة مخطط العنصر المحدد (FEM) النظرية. كل هذا لفهم تأثير الجزء المتجمع Al2O3 المختبر على خاصية التشويه وتأثير البنية المجهرية على الليونة وخواص انكسار هذه المركبات. لقد تم اختبار عينات السطح المكسور تحت جهاز فحص العينات (SEM) الالكتروني. قوة التأثير وعامل المرونة لمواد المركب المدروسة تزيد مع تزايد حجم الجزء الكسري من الجزء المقوي. لقد أخذت في الاعتبار مقارنة القوى تحت اختبار التوتر (الساكن)، اختبار الثني (الساكن) واختبار حمولة التصادم قليل السرعة. لقد وجد انخفاض هام في قوة الثني، قساوة الانكسار وطاقة انكسار التصادم مع زيادة حجم الجزء الكسري (vf) من الجزء المقوي. أظهر تحليل عينات السطح المكسور للاختبارات الساكنة تحت جهاز فحص العينات (SEM) بأن آلية الانكسار الأساسي هو بسبب فراغ النواة، التطور والارتباط. لقد وجد أن تركيز الاجتهاد وحالة إجهاد ثلاثي الأبعاد تزيد الانكسار. في اختبار التصادم قليل السرعة، قوة التصادم تكبر الفراغ الذي بالتالي تؤثر على سرعة الانكسار. لقد قورنت نتائج اختبار التصادم قليل السرعة مع نتائج مخطط العنصر المحدد (FEM). يزيد الخطأ جزء من المائة بين نتائج اختبار التصادم قليل السرعة وقيم مخطط العنصر المحدد الأساسي للألمونيوم (A12O3) مادة المركبات مع زيادة حجم الجزء الكسري من الجزء المقوي.

English Abstract

A practical reinforced metal matrix composite (PRMMC) consists of uniformly distributed ceramic particles (approximately of equiaxed geometries) within a metal matrix. Recently, extensive research has been carried out on PRMMC composites with particles size greater than 1μm; few researchers investigated PRMMC composites with reinforced particles less than 1μm. The main objective of this study is to determine the strengthening mechanisms of Al-based A1₂O₃ metal matrix composites under both static and dynamic loadings. Several samples of these composites with volume contents of 10, 20, and 30% A1₂O₃ were tested and studied. Low-velocity impact test results were compared with the outcome of a finite element model. In order to understand experimentally the influence of A1₂O₃ particle clustering on the deformation characteristics and microstructural effects on the ductility and fracture properties of these composites. The fracture surfaces of tested samples were examined under SEM. The tensile strength and elastic modulus of the composite materials studied increases with increasing volume fraction of the particle reinforcement. Comparison of strengths under tensile (static), flexural (static) and low-velocity impact test loadings was undertaken. There is significant decrease in flexural strength, fracture toughness and fracture impact energy with increasing volume fraction (vf) of the particle reinforcement. SEM analyses of the fracture surfaces under static tests revealed the main fracture mechanism was due to void nucleation, growth and linking. Stress concentration and triaxial stress state were found to enhance fracture. In low-velocity impact tests, the impact force enlarges the void, which in turn causes fracture rapidly. Low-velocity impact test results were compared with the outcome of a finite element model. Percent error between the low-velocity impact test results and finite element numerical values for Al-based A1₂O₃ PRMMC composites increases with increasing volume fraction of the particle reinforcement.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:May 2005
Date Type:Completion
Subjects:Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Creators:Hafeez, Syed
Committee Advisor:Al-Dheylan, Khalid A.
Committee Members:Khan, Zafarullah and Al-Qutub, Amro M.
ID Code:10548
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 17:07
Last Modified:30 Apr 2011 15:36

Repository Staff Only: item control page