Residual stress in high velocity impact coatings modeling approach
- Authors
- Oviedo Perhavec, Juan Felipe
- Format
- BachelorThesis
- Status
- publishedVersion
- Description
High velocity impact coatings are produced by techniques such as cold spray, kinetic spray, warm spray, HVOF, supersonic plasma spraying, etc. All these processes have in common the impact of particles at high velocities that produce peening of the surface and induce compressive residual stresses in the in-plane orientation in the coating. If the process involves a significant heat input, quenching of splats and thermal mismatch between coating and substrate, it would add residual stress to the peening to define the final stress state. Physical variables, including: particle temperature and velocity, particle mass, particle morphology, and local deposition temperature are studied to observe their effect on residual stresses, and define their possible manipulation to design coatings of desired average residual stress. For instance, to increase the peening effect, particles can be projected faster while keeping the local deposition temperature low. Modeling the impact of particles allows to resolve for key parameter selection via a sensitivity analysis. A contour map is produced for parameter selection based on the modeling of particle impact (via a FEA Explicit Model) and the subsequent layer-by-layer coating formation (via a FEA Implicit Model) employing ABAQUS code. The Johnson-Cook model for high strain, strain rate and temperature is used as the constitutive equation for the study of impact and rapid cooling.
Los recubrimientos de alta velocidad de impacto son producidos mediante técnicas tales como rociado en frío, rociado cinético, rociado caliente, HVOF, rociado de plasma supersónico, etc. Todos estos procesos tienen en común el impacto de partículas a altas velocidades que produce peening en la superficie e induce esfuerzo residual compresivo en dirección planar hacia el recubrimiento. Si el proceso involucra un ingreso de calor significativo, enfriamiento súbito de splats y descompensación térmica entre recubrimiento y sustrato, un esfuerzo residual térmico es sumado al esfuerzo provocado por el peening para definir el estado de esfuerzo final del sistema. En el presente trabajo se estudia variables físicas como velocidad y temperatura de partícula, masa de partícula, morfología de partícula, masa de partícula y temperatura local de deposición del sustrato con el fin de observar su efecto sobre el esfuerzo residual, y definir su posible manipulación para el diseño de recubrimientos con esfuerzo residual promedio adecuado. Por ejemplo, para aumentar el efecto de peening, las partículas pueden ser proyectadas a mayor velocidad mientras se mantiene la temperatura local de deposición del sustrato baja. Modelar el impacto y enfriamiento de partículas durante la deposición del recubrimiento permite realizar una selección de parámetros clave a través de un análisis de sensibilidad. Un mapa de contorno es producido para selección de parámetros en base a simulación de impacto de partícula (empleando FEA Explicit) y la subsecuente simulación de formación de recubrimiento capa-por-capa (empleando FEA Implicit) mediante el código ABAQUS. El modelo Johnson-Cook para alta deformación, tasa de deformación y temperatura es usado como la ecuación constitutiva para el estudio del impacto y rápido enfriamiento de partículas en este modelo.
- Publication Year
- 2014
- Language
- Topic
- Tecnología
Ingeniería mecánica
- Repository
- Repositorio Universidad San Francisco de Quito
- Get full text
- http://repositorio.usfq.edu.ec/handle/23000/3199
- Rights
- openAccess
- License
- http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ec/