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Interpreting high temperature deformation behavior of a ceramic matrix composite via high energy x-rays and numerical simulation

Manero, Albert und Sofronsky, Stephen und Artzt, Katia und Hackemann, Stefan und Wischek, Janine und Okasinski, John und Kenesei, Peter und Almer, Jonathan und Bartsch, Marion und Raghavan, Seetha (2016) Interpreting high temperature deformation behavior of a ceramic matrix composite via high energy x-rays and numerical simulation. In: 57th AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, Seiten 1-8. American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc, AIAA. 57th AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, 04.-08. Jan. 2016, San Diego; United States of America. doi: 10.2514/6.2016-0410. ISBN 978-162410392-6.

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Offizielle URL: http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2016-0410

Kurzfassung

All-oxide Ceramic Matrix Composites (CMC), due to their damage tolerance and thermal stability, are promising candidates for high temperature applications, including combustion liners and thermal protection systems in aerospace. In these applications, mechanical loads are introduced at high temperatures up to 1200°C or even higher, which results in complex deformation behavior. For understanding the complex behavior of an all oxide CMC under such extreme environments, laboratory tests and numerical simulations have been performed. The material investigated in this study comprises Nextel R 610 alumina fiber bundles and a porous α alumina matrix, and the composite has been produced by a computer controlled winding process. Analytical and numerical work has been performed for developing a constitutive law describing the observed creep behavior of specimens with unidirectional fiber orientation under compressive load. While for fiber orientations parallel to the compressive load a model with isochoric matrix behavior captured the experimental results well, discrepancies occurred for other fiber orientations. Parameter studies indicated that depending on fiber orientation and matrix properties the composite deformation is due to a combination of matrix compaction and fiber rotation. In-situ synchrotron studies at Argonne National Laboratory's Advanced Photon Source have been conducted on unidirectional fibre reinforced CMC specimens at 1200°C while stepwise increasing compressive mechanical load. For investigating the local strain in the composite, diffraction measurements were conducted under representative loading, and transmission radiography was utilized to study the evolution of matrix deformation and fiber rotation. First results indicate that the strain in the fiber and matrix grains of the all alumina composites may be isolated during analysis, providing information on load transfer between fiber and matrix and on elastic and creep behavior of the composite. These results will be used to inform computational simulation to produce more accurate lifetime prediction in application.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/108397/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Interpreting high temperature deformation behavior of a ceramic matrix composite via high energy x-rays and numerical simulation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Manero, Albertuniversity of central florida, orlando, fl, usaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sofronsky, Stephenuniversity of central florida, orlando, fl, usaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Artzt, Katiakatia.artzt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hackemann, Stefanstefan.hackemann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wischek, Janinejanine.wischek (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Okasinski, Johnadvanced photon source, argonne national laboratory, argonne, illinoisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kenesei, Peteradvanced photon source, argonne national laboratory, argonne, illinoisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Almer, Jonathanadvanced photon source, argonne national laboratory, argonne, illinoisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bartsch, Marionmarion.bartsch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3952-2928NICHT SPEZIFIZIERT
Raghavan, Seethauniversity of central florida, orlando, fl, usaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Januar 2016
Erschienen in:57th AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.2514/6.2016-0410
Seitenbereich:Seiten 1-8
Verlag:American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc, AIAA
ISBN:978-162410392-6
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Ceramic materials; Composite materials; Creep; Numerical models; Diffraction measurements
Veranstaltungstitel:57th AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference
Veranstaltungsort:San Diego; United States of America
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:04.-08. Jan. 2016
Veranstalter :American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc, AIAA
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Antriebssysteme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L ER - Engine Research
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Triebwerk und Validierungsmethoden (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Experimentelle und numerische Methoden
Hinterlegt von: Bartsch, Dr.-Ing. Marion
Hinterlegt am:28 Nov 2016 07:16
Letzte Änderung:28 Nov 2016 07:16

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