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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
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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
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Cálculo de propiedades efectivas
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Materiales Compuestos
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Aplicaciones
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Aplicaciones
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Métodos teóricos
• Métodos Autoconsistentes y Homogenización Asintótica (Más para físicos y matemáticos)
Modelación multifísica – multiples escalas
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Propiedades efectivas (Gerardo Nava)
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Gerardo Nava José Piñón
Matriz epóxica LY558 con fibras de carbono Modmov Resina fenólica con fibras de
carbono de diámetro 7 µm
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Propiedades efectivas (Alejandro Muñoz)
EBSD VRA
σ11 ε11
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Propiedades efectivas
Menos laminada Más laminada
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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
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Propuesta para generación 2012
• 3D – EBSD Propiedades efectivas
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Simulación del proceso de sinterizado de cerámicos
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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
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t
T T1 T2 T1 T2 > T1
( )33221131 σσσσ
σδσ
++=
−= ijijijs
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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
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Temperature Gradient Relative Density on Firing Time
Stress profiles Finite Element Model = Ceramic body
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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
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Sistema de Forja en Caliente
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¿Por qué Forja en Caliente?
nat
ii
ipiE
⋅⋅
−=
εε
σnat
ii
jjpij ⋅⋅
⋅⋅
−
−=
εε
εεν
nat
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Sistema de Forja en caliente o dilatómetro de carga de alta precisión
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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
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Constrained sintering
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Bi-laminar cerámico
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