Análisis del efecto de la distribución fractal de las partículas espaciadoras sobre la porosidad de espumas de aluminio fabricadas por infiltración

Abstract

The effect of space holder particles fractal distribution on the porosity of aluminum foams fabricated by infiltration method is studied in the following thesis work. Computational modeling and simulation were used in order to estimate foams mechanical behavior. Obtained results were later validated comparing them with the obtained from experimental aluminum foams fabricated using NaCl grains as space holder particles. Models and real foams were designed using two different grain size mixtures, combining a size ratio R=2 with quantity ratios C= 1:1, 1:2, 1:4, 1:6; and size ratio R=4 with quantity ratios C=1:2, 1:4, 1:6, 1:8, 1:10, 1:12. Additionally, Young modulus was estimated for computational models using the simulation software ANSYS 19.0. Obtained results were also validated comparing them with experimental the Young modulus. Besides, fractal dimension was measured applying the box counting method with ImageJ image analyzer software. Maximum observed porosity was obtained for the foam with combination R=4 and C=8, with a value of 67.39%, this foam also showed the lowest Young modulus and the highest fractal dimension, reaching 0.36 GPa and 1.83 respectively. It was concluded that fractal dimension is directly related with porosity and Young modulus, since increasing fractal dimension leads to an increment in porosity and a drop in Young modulus values. Computational models showed excellent Young modulus estimations, being more accurate than the obtained with mathematical models used as reference.

El siguiente trabajo consistió en analizar el efecto de las partículas espaciadoras sobre la porosidad de espumas de aluminio fabricadas por el método de infiltración sobre partículas espaciadoras mediante el uso de la modelación y simulación computacional para la estimación del comportamiento mecánico de las espumas, cuyos resultados se validaron posteriormente comparándolos con la porosidad y propiedades mecánicas de espumas de aluminio reales fabricadas utilizando granos de NaCl como partículas espaciadora. Los modelos y espumas metálicas se realizaron utilizando mezclas de partículas espaciadoras de dos tamaños diferentes, combinando la relación de tamaño R=2 en con las relaciones de cantidad C= 1:1, 1:2, 1:4 y 1:6; and la relación de tamaño R=4 con las relaciones de cantidad C=1:2, 1:4, 1:6, 1:8, 1;10 y 1:12. Adicionalmente se calculó el módulo de Young para los modelos computacionales simulando un ensayo de compresión mediante el software de simulación ANSYS ver. 19.0 y se validaron los resultados obtenidos comparándolos con los obtenidos en pruebas mecánicas reales. Además, se determinó la dimensión fractal de las espumas reales utilizando el método de box counting a través del software de análisis de imágenes ImageJ. La máxima porosidad observada se obtuvo en la espuma con R=4 y C=8 obteniendo un valor de 67.39%, igualmente para esta espuma se logró obtener el menor módulo de Young con un valor de 0.36 GPa y la máxima dimensión fractal obteniendo un valor máximo de 1.83. De lo anterior y del resto de experimentos se concluyó que la dimensión fractal guarda una relación directa con la porosidad y el módulo de Young, a medida que se observa una mayor dimensión fractal la porosidad aumenta y el módulo de Young disminuye. El modelo computacional mostró una excelente estimación del módulo de Young en comparación con los obtenidos para los modelos matemáticos usados como referencia.