Caracterización reológica de una suspensión semisólida tixotrópica mediante simulaciones numéricas de experimentos de flujo por compresión
Autores: Florides, Georgios C.; Georgiou, Georgios C.; Modigell, Michael; Zoqui, Eugenio José
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Caracterización reológica de una suspensión semisólida tixotrópica mediante simulaciones numéricas de experimentos de flujo por compresión
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Metodología
Caracterización reológica
Suspensión metálica semisólida
Material viscoplástico estructural tixotrópico
Ecuación constitutiva de Herschel-Bulkley
Datos de flujo por compresión
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Proponemos una metodología para la caracterización reológica de una suspensión metálica semisólida utilizando datos experimentales de flujo por compresión. La suspensión se modela como un material viscoplástico tixotrópico estructural, obedeciendo la ecuación constitutiva regularizada de Herschel-Bulkley. Se asume que todos los parámetros reológicos varían con el parámetro de estructura que está gobernado por cinéticas de primer orden que tienen en cuenta la descomposición y formación de la estructura del material. El flujo por compresión se simula utilizando elementos finitos en un marco lagrangiano. Se ha estudiado la evolución de la altura de la muestra para amplios rangos de los números de Bingham y Reynolds, el exponente de la ley de potencia, así como los parámetros cinéticos del parámetro de estructura. Se han realizado comparaciones sistemáticas con datos experimentales disponibles sobre una aleación de aluminio semisólido (A356), donde la muestra se comprime desde su parte superior bajo una deformación especificada del 80% a una temperatura de 582 grados C, mientras que la parte inferior permanece fija. Se logró un excelente acuerdo con los datos experimentales siempre que en los instantes iniciales (hasta 0.01 s) del experimento, la carga aplicada sea mucho mayor que la carga experimental nominal y que el esfuerzo de fluencia y el exponente de la ley de potencia varíen linealmente con el parámetro de estructura. La primera suposición implica que se necesita emplear un modelo diferente, como uno elastoviscoplástico, durante las etapas iniciales del experimento. En cuanto a la segunda, la evolución de la altura de la muestra puede reproducirse permitiendo que el esfuerzo de fluencia varíe de 0 (sin estructura) a un valor nominal máximo (estructura completa) y el exponente de la ley de potencia de 0.2 a 1.4, es decir, del régimen de adelgazamiento por cizallamiento al régimen de engrosamiento por cizallamiento. Estas variaciones son consistentes con el patrón de variación de la microestructura interna que se sabe que exhiben las suspensiones semisólidas.
Descripción
Proponemos una metodología para la caracterización reológica de una suspensión metálica semisólida utilizando datos experimentales de flujo por compresión. La suspensión se modela como un material viscoplástico tixotrópico estructural, obedeciendo la ecuación constitutiva regularizada de Herschel-Bulkley. Se asume que todos los parámetros reológicos varían con el parámetro de estructura que está gobernado por cinéticas de primer orden que tienen en cuenta la descomposición y formación de la estructura del material. El flujo por compresión se simula utilizando elementos finitos en un marco lagrangiano. Se ha estudiado la evolución de la altura de la muestra para amplios rangos de los números de Bingham y Reynolds, el exponente de la ley de potencia, así como los parámetros cinéticos del parámetro de estructura. Se han realizado comparaciones sistemáticas con datos experimentales disponibles sobre una aleación de aluminio semisólido (A356), donde la muestra se comprime desde su parte superior bajo una deformación especificada del 80% a una temperatura de 582 grados C, mientras que la parte inferior permanece fija. Se logró un excelente acuerdo con los datos experimentales siempre que en los instantes iniciales (hasta 0.01 s) del experimento, la carga aplicada sea mucho mayor que la carga experimental nominal y que el esfuerzo de fluencia y el exponente de la ley de potencia varíen linealmente con el parámetro de estructura. La primera suposición implica que se necesita emplear un modelo diferente, como uno elastoviscoplástico, durante las etapas iniciales del experimento. En cuanto a la segunda, la evolución de la altura de la muestra puede reproducirse permitiendo que el esfuerzo de fluencia varíe de 0 (sin estructura) a un valor nominal máximo (estructura completa) y el exponente de la ley de potencia de 0.2 a 1.4, es decir, del régimen de adelgazamiento por cizallamiento al régimen de engrosamiento por cizallamiento. Estas variaciones son consistentes con el patrón de variación de la microestructura interna que se sabe que exhiben las suspensiones semisólidas.