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USOS DEL SOFTWARE ANSYS EN EL CÁLCULO DE PROPIEDADES EFECTIVAS Y LA SIMULACIÓN DEL PROCESO DE SINTERIZADO DE CERÁMICOS
Héctor Camacho Montes Universidad Autónoma de Ciudad Juárez
Colaboradores
• UACJ: Dr. Javier S Castro Carmona, Dra. Perla E. García Casillas
• CIMAV: Dr. Gerardo G. Nava Gómez, Dr. Luis E. Fuentes Cobas
• CTI – Interceramic: Dr. Armando García Reyes • Clemson University: Dr. Rajendra K. Bordia • UNAM: Dr. Federico J. Sabina • UH: Dr. Reinaldo Rodríguez Ramos, Julián
Bravo, Raúl Guinovart
Cálculo de propiedades efectivas
Materiales Compuestos
Aplicaciones
Aplicaciones
Métodos teóricos
• Métodos Autoconsistentes y Homogenización Asintótica (Más para físicos y matemáticos)
Modelación multifísica – multiples escalas
Propiedades efectivas (Gerardo Nava)
Gerardo Nava José Piñón
Matriz epóxica LY558 con fibras de carbono Modmov Resina fenólica con fibras de
carbono de diámetro 7 µm
Propiedades efectivas (Alejandro Muñoz)
EBSD VRA
σ11 ε11
Propiedades efectivas
Menos laminada Más laminada
Interfase Tipo de frontera de grano: Ángulo grande Ángulo de desorientación: 43.60 Dirección de desorientación: <0 -2 -1>
Orientación de granos vecinos Grano izquierdo: <-1 0 3> Grano derecho: <1 -1 1>
nanopartículas de Cu
Propuesta para generación 2012
• 3D – EBSD Propiedades efectivas
Simulación del proceso de sinterizado de cerámicos
Relaciones macroscópicas
0...
=∂∂
+∇•∇=
∇•+∂∂
j
ijTcm x
qTKTvtTc
σρ
( )[ ]( )[ ]( )[ ]
TE
E
E
f
yxozfz
xzoyfy
zyoxfx
∆=
+−+=
+−+=
+−+=
−
−
−
αε
σσνσεε
σσνσεε
σσνσεε
10
10
10
Ecuaciones Gobernantes
Relaciones constitutivas Analogía visco-elástica
ff
p
p
ijij
EE
.
0
0
.
εε
νν
εε
⇔
⇔
⇔
⇔
R.K. Bordia y G.W. Scherer 1988
t
T T1 T2 T1 T2 > T1
( )33221131 σσσσ
σδσ
++=
−= ijijijs
Gradiente de temperatura Densidad Relativa vs Tiempo de cocción
Perfil de los esfuerzos Modelo en Elementos Finitos = Cuerpo Cerámico
Densificación y deformaciones
1000 0C 1100 0C
Temperature Gradient Relative Density on Firing Time
Stress profiles Finite Element Model = Ceramic body
Hot-pressing and Hot-forging
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
Gel derived Sodium Borosilicate glass 25 MPa 675 0C
Alumina 7MPa 1450 0C
S-I-aS-II-aR-I-aR-II-aK-M-I-aK-M-II-a
Rela
tive
dens
ity
Sintering time (s)
Dependencia de la densidad relativa en función del tiempo de cocción
0 50 100 150 200
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
Rela
tive
dens
ityt (min)
Temperature 675 0C 625 0C
Sistema de Forja en Caliente
¿Por qué Forja en Caliente?
nat
ii
ipiE
⋅⋅
−=
εε
σnat
ii
jjpij ⋅⋅
⋅⋅
−
−=
εε
εεν
nat
Sistema de Forja en caliente o dilatómetro de carga de alta precisión
Two different materials (750 0C)
0 1 2 3 4 5 6 70.60
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
Ceramic Metal
Rela
tive
dens
ity
Normalized time
Sam Salamone, Ph.D. Thesis, University of Washington
0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4 Ceramic Metal
Unia
xial v
iscos
ity (x
1010
Pa
s)Relative density
Constrained sintering
Bi-laminar cerámico
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