|
|
Analýza vyboulování trubek kapalinou
Zdráhala, Radim ; Císařová, Michaela (oponent) ; Peterková, Eva (vedoucí práce)
Diplomová práce je zaměřena na analýzu chování tenkostěnného trubkového zkušebního vzorku během technologické zkoušky vyboulování trubek kapalinou. Zkušební vzorek ve formě trubky byl vyroben z austenitické korozivzdorné oceli 17 240 (1.4301, X5CrNi18-10). Během experimentu byl pomocí nástroje pro radiální vypínání kvazistaticky zatěžován vnitřním tlakem kapaliny. V úvodní části se práce zaměřuje na napěťově-deformační popis metody vyboulování trubek a možné způsoby zjišťování přetvoření materiálu během tváření. Experimentální část je primárně zaměřena na analýzu zkušebního vzorku, který byl získán z provedeného experimentu. Pro analýzu reálného zkušebního vzorku byly využity teoretické přístupy pro zjišťování přetvoření a napětí v materiálu, numerická simulace procesu vyboulování a 3D bezkontaktní skenovací zařízení ATOS, které přispělo k ujasnění první představy o chování tenkostěnné trubky během vyboulování. Na závěr práce je navržena možná konstrukční úprava nástroje. Tato úprava by v budoucnu měla přispět k plné funkčnosti nástroje pro radiální vypínání neboli vyboulování trubek kapalinou.
|
|
|
Měření mechanických vlastností tenkých vrstev metodou bulge test
Holzer, Jakub ; Cieslar, Miroslav (oponent) ; Kruml, Tomáš (vedoucí práce)
Hlavním cílem této práce je dokončení přístroje Bulge test pro testování tenkých vrstev, provedení prvních testů na komerčních Si3N4 membránách a na dvojvrstvě s hliníkem. První část práce se zabývá literární rešerší prací zabývajících se metodou Bulge test a dalších metod mechanického testování tenkých vrstev. Experimentální část je zaměřena na konstrukci přístroje, metodiku vyhodnocení dat a výsledky měření. Studované vrstvy jsou vyrobeny z amorfního nitridu křemičitého, na který je v některých případech nanesena vrstva hliníku, titanu nebo Ta-B-C. Přístroj byl zkonstruován ve spolupráci s Ústavem přístrojové techniky AV ČR v. v. i. Spolehlivost a reproduktibilita zařízení byly ověřeny provedením více než 160 měření na komerčně dostupné membráně Si3N4. Dále byly provedeny zkoušky na dvouvrstvách. Změřené hodnoty Youngova modulu a reziduálního napětí byly srovnány s literaturou a s výsledky nanoindentační zkoušky. Podrobnější analýza dat pomocí metody konečných prvků je v současnosti vyvíjena ve spolupráci s kolegy z Ústavu fyziky materiálů. Bylo prokázáno, že metoda Bulge test a zkonstruovaný přístroj jsou vhodné pro měření některých mechanických vlastností tenkých vrstev.
|
|
|
Stanovení modulu pružnosti v tahu tenké vrstvy - numerická analýza zkoušky mikrokompresního vzorku a "bulge testu"
Petráčková, Klára ; Pokorný, Pavel (oponent) ; Náhlík, Luboš (vedoucí práce)
Zjišťování mechanických vlastností velmi tenkých vrstev je poměrně obtížné. Všechny používané metody jsou zatíženy buď obtížnou interpretací naměřených dat nebo komplikovanou přípravou experimentálních vzorků. Pro lepší porozumění výslednému experimentálnmu záznamu lze využít simulace MKP. Předložená diplomová práce se zabývá numerickým modelováním dvou způsobů, jak tenké vrstvy zkoušet, a to mikrokompresní zkouškou a tzv. „bulge testem”. V případě mikrokompresní zkoušky jde o přípravu malých válcových vzorků (tzv. pilířků) z tenké hliníkové vrstvy napařené na křemíkovém substrátu pomocí „obrábění“ fokusovaným iontovým svazkem (FIB) v SEM. Následně jsou tyto pilířky zatěžovány v tlaku nanoindentorem s „plochým“ diamantovým hrotem. Cílem práce je pomocí simulací a výpočtů identifikovat faktory, jenž ovlivňují experimentální záznam, a tak stanovit přesnější odhad modul pružnosti v tahu hliníkové vrstvy. Druhá část předložené práce se zabývá numerickým modelováním bulge testu. Vrstva SiNx je namáhána tlakem tak, aby došlo jejímu vyboulení. Při namáhání dochází ve vrstvě ke stavu dvojosé napjatosti, což komplikuje vyhodnocení mechanických vlastností. Cílem této analýzy bylo ukázat, zda-li je možné proces testování spolehlivě numericky modelovat. Dále bylo stanoveno reziduální napětí ve vrstvě, jenž vzniká v důsledku přípravy vzorku. Výsledky zde prezentované mohou přispět k rozvoji v oblasti zkoušení tenkých vrstev.
|
|
|
Estimation of mechanical properties of thin films using numerical modelling of experimental tests
Tinoco Navarro, Hector Andres ; Jančo,, Roland (oponent) ; Klusák,, Jan (oponent) ; Hutař, Pavel (vedoucí práce)
Bulge testing is an experimental technique that involves the use of numerical and analytical approaches to characterize the mechanical properties of thin films. This thesis addresses some limitations found in the classical models that describe the behavior of thin films subjected to this test. This required the development of new models and numerical strategies in order to determine several mechanical properties of monolayer and bilayer thin films under different structural conditions, such as elasticity, plasticity, and fracture. By combining finite element analysis and classical analytical solutions, different methodologies for calculating the elastic properties (E and v), residual stresses, yield stress, and fracture toughness were proposed and validated. The mechanical properties of silicon nitride, aluminum, and gold films were characterized using load-deflection experimental data obtained from bulging measurements. The determined properties showed reasonable agreement with materials of known properties, which validated that the proposed methods in this work can be useful for estimating the mechanical properties of freestanding thin films.
|
|
|
Estimation of mechanical parameters of thin films using finite element analysis
Tinoco Navaro, Hector Andres ; Holzer, Jakub ; Pikálek, Tomáš ; Buchta, Zdeněk ; Lazar, Josef ; Chlupová, Alice ; Kruml, Tomáš ; Hutař, Pavel
This study shows a methodology to estimate mechanical parameters of thin films by means of a bulge\ntest and a numerical approach. The methodology is based on the combination of finite element analysis with a\nclassical analytical method. Finite element modelling was conducted for monolayer (Si3N4) membranes of 2x2mm\nwith the aim to approximate both the load-deflection curves experimentally measured and the classical loaddeflection\nanalytical model. Error functions were constructed and minimized to delimit a coupled solution space\nbetween Young’s modulus and Poison’s ratio. In a traditional bulge test analysis only one of the elastic properties\ncan be determined due to that there is not unique solution in the estimations of these parameters. However, both\nelastic parameters were determined through the proposed numerical procedure which compares the deformed\nsurfaces for a specific set of optimal elastic parameters computed. Results shows that the estimated elastic\nproperties agree with corresponding values determined by other methods in the literature
|
|
|
Měření mechanických vlastností tenkých vrstev metodou bulge test
Holzer, Jakub ; Cieslar, Miroslav (oponent) ; Kruml, Tomáš (vedoucí práce)
Hlavním cílem této práce je dokončení přístroje Bulge test pro testování tenkých vrstev, provedení prvních testů na komerčních Si3N4 membránách a na dvojvrstvě s hliníkem. První část práce se zabývá literární rešerší prací zabývajících se metodou Bulge test a dalších metod mechanického testování tenkých vrstev. Experimentální část je zaměřena na konstrukci přístroje, metodiku vyhodnocení dat a výsledky měření. Studované vrstvy jsou vyrobeny z amorfního nitridu křemičitého, na který je v některých případech nanesena vrstva hliníku, titanu nebo Ta-B-C. Přístroj byl zkonstruován ve spolupráci s Ústavem přístrojové techniky AV ČR v. v. i. Spolehlivost a reproduktibilita zařízení byly ověřeny provedením více než 160 měření na komerčně dostupné membráně Si3N4. Dále byly provedeny zkoušky na dvouvrstvách. Změřené hodnoty Youngova modulu a reziduálního napětí byly srovnány s literaturou a s výsledky nanoindentační zkoušky. Podrobnější analýza dat pomocí metody konečných prvků je v současnosti vyvíjena ve spolupráci s kolegy z Ústavu fyziky materiálů. Bylo prokázáno, že metoda Bulge test a zkonstruovaný přístroj jsou vhodné pro měření některých mechanických vlastností tenkých vrstev.
|
|
|
Development of the bulge test equipment for measuring mechanical properties of thin films
Holzer, Jakub ; Pikálek, Tomáš ; Buchta, Zdeněk ; Lazar, Josef ; Tinoco, H.A. ; Chlupová, Alice ; Kruml, Tomáš
The bulge test apparatus designed for the measurement of mechanical material properties of thin films was constructed and tested. The principle of the test is to apply pressure on a free-standing membrane, to measure the membrane shape and to analyse the results. Commercially available silicon nitride (Si3N4) thin films were used for the testing. It is shown that interferometric set-up designed and assembled for the apparatus enables precise determination of 3D shape of the whole membrane, which allows more precise determination of materials parameters compared to measurement of the height of the center of the membrane only. Fit of an analytical formula gives values of Young modulus and residual stress with very good agreement with the literature data. Moreover, FEM model of the bulged membrane was developed. The main aim of the effort is to enable measurement of plastic properties of a thin film of interest, that will be deposited on the Si3N4 membrane with known properties and bulge test will be performed on the bilayer specimen. Subsequently, the material properties of the thin film will be obtained using FEM analysis.
|
|
|
Detecting plasticity in al thin films by means of bulge test
Holzer, Jakub ; Pikálek, Tomáš ; Buchta, Zdeněk ; Lazar, Josef ; Tinoco, H.A. ; Chlupová, Alice ; Náhlík, Luboš ; Sobota, Jaroslav ; Fořt, Tomáš ; Kruml, Tomáš
The Bulge test proved to be a useful tool for measuring elastic properties of thin films and\nfree standing membranes, particularly Young’s modulus and residual stress. The basic principle\nof bulge test is application of differential pressure on one side of the a membrane, measurement of\nthe shape of bulged surface as a function of pressure, in this case via laser interferometer, and\nevaluation of a pressure-deflection relationship. In this study, bilayer membrane consisting of a\nsilicon nitride supporting layer and an aluminium layer deposited by means of magnetron\nsputtering is subjected to the bulge test. The results clearly show signs of a non-linear behavior\nthat is caused by plastic deformation in the aluminium layer. Finite element analysis is being\ndeveloped to describe this behavior because analytical model using deflection of central point and\npressure relation falls apart in case of non-linearity.
|
|
|
Analýza vyboulování trubek kapalinou
Zdráhala, Radim ; Císařová, Michaela (oponent) ; Peterková, Eva (vedoucí práce)
Diplomová práce je zaměřena na analýzu chování tenkostěnného trubkového zkušebního vzorku během technologické zkoušky vyboulování trubek kapalinou. Zkušební vzorek ve formě trubky byl vyroben z austenitické korozivzdorné oceli 17 240 (1.4301, X5CrNi18-10). Během experimentu byl pomocí nástroje pro radiální vypínání kvazistaticky zatěžován vnitřním tlakem kapaliny. V úvodní části se práce zaměřuje na napěťově-deformační popis metody vyboulování trubek a možné způsoby zjišťování přetvoření materiálu během tváření. Experimentální část je primárně zaměřena na analýzu zkušebního vzorku, který byl získán z provedeného experimentu. Pro analýzu reálného zkušebního vzorku byly využity teoretické přístupy pro zjišťování přetvoření a napětí v materiálu, numerická simulace procesu vyboulování a 3D bezkontaktní skenovací zařízení ATOS, které přispělo k ujasnění první představy o chování tenkostěnné trubky během vyboulování. Na závěr práce je navržena možná konstrukční úprava nástroje. Tato úprava by v budoucnu měla přispět k plné funkčnosti nástroje pro radiální vypínání neboli vyboulování trubek kapalinou.
|
|
|
Stanovení modulu pružnosti v tahu tenké vrstvy - numerická analýza zkoušky mikrokompresního vzorku a "bulge testu"
Petráčková, Klára ; Pokorný, Pavel (oponent) ; Náhlík, Luboš (vedoucí práce)
Zjišťování mechanických vlastností velmi tenkých vrstev je poměrně obtížné. Všechny používané metody jsou zatíženy buď obtížnou interpretací naměřených dat nebo komplikovanou přípravou experimentálních vzorků. Pro lepší porozumění výslednému experimentálnmu záznamu lze využít simulace MKP. Předložená diplomová práce se zabývá numerickým modelováním dvou způsobů, jak tenké vrstvy zkoušet, a to mikrokompresní zkouškou a tzv. „bulge testem”. V případě mikrokompresní zkoušky jde o přípravu malých válcových vzorků (tzv. pilířků) z tenké hliníkové vrstvy napařené na křemíkovém substrátu pomocí „obrábění“ fokusovaným iontovým svazkem (FIB) v SEM. Následně jsou tyto pilířky zatěžovány v tlaku nanoindentorem s „plochým“ diamantovým hrotem. Cílem práce je pomocí simulací a výpočtů identifikovat faktory, jenž ovlivňují experimentální záznam, a tak stanovit přesnější odhad modul pružnosti v tahu hliníkové vrstvy. Druhá část předložené práce se zabývá numerickým modelováním bulge testu. Vrstva SiNx je namáhána tlakem tak, aby došlo jejímu vyboulení. Při namáhání dochází ve vrstvě ke stavu dvojosé napjatosti, což komplikuje vyhodnocení mechanických vlastností. Cílem této analýzy bylo ukázat, zda-li je možné proces testování spolehlivě numericky modelovat. Dále bylo stanoveno reziduální napětí ve vrstvě, jenž vzniká v důsledku přípravy vzorku. Výsledky zde prezentované mohou přispět k rozvoji v oblasti zkoušení tenkých vrstev.
|
host ::
RSS.