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Fatigue01:21

Fatigue

771
Fatigue occurs when materials rupture under repeated or fluctuating loads, even at stress levels far below their static breaking strength. It typically results in brittle failure, even for ductile materials. It is a critical consideration in designing machines and structural components subjected to repetitive or varying loads. The nature of these loadings can range from fluctuating loads like unbalanced pump impellers causing vibrations to repeatedly bending a thin steel rod wire back and forth...
771
Fatigue Strength of Concrete01:22

Fatigue Strength of Concrete

488
Fatigue, in the context of materials science and engineering, refers to the weakening or failure of a material caused by repeatedly applied loads, even if these loads are below the strength limit of the material. Fatigue strength in concrete is a critical property that influences its durability and longevity. Concrete can fail in two ways due to fatigue. Static fatigue or creep rupture occurs under a constant load or one that increases slowly. The other failure mode is due to cyclical or...
488
Members Made of Elastoplastic Material01:19

Members Made of Elastoplastic Material

328
The behavior of elastoplastic materials under bending stresses, particularly in structural members with rectangular cross-sections, is crucial for predicting material responses and understanding failure modes. Initially, when a bending moment is applied, the stress distribution across the section follows Hooke's Law and is linear and elastic. This distribution means the stress increases from the neutral axis to the maximum at the outer fibers, up to the elastic limit.
As the bending moment...
328

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Materiales elastocalóricos de alto rendimiento resistentes a la fatiga fabricados mediante fabricación aditiva

Huilong Hou1, Emrah Simsek2, Tao Ma2

  • 1Department of Materials Science and Engineering, University of Maryland, College Park, MD 20742, USA.

Science (New York, N.Y.)
|November 30, 2019
PubMed
Resumen

Los investigadores desarrollaron materiales de refrigeración elastocalóricos eficientes utilizando la fabricación aditiva. Este nuevo enfoque reduce significativamente la histeresis, mejorando la eficiencia de enfriamiento y la durabilidad para aplicaciones de enfriamiento en estado sólido.

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Área de la Ciencia:

  • Ciencias de los materiales
  • La termodinámica
  • Física del estado sólido

Sus antecedentes:

  • El enfriamiento elastocalórico utiliza transformaciones de fase inducidas por el estrés para la refrigeración en estado sólido.
  • La histeresis en estas transformaciones dificulta la eficiencia energética y la vida útil del material.
  • El desarrollo de materiales con baja histeresis es crucial para el enfriamiento elastocalórico práctico.

Objetivo del estudio:

  • Para crear materiales de refrigeración elastocalóricos termodinámicamente eficientes con una histeresis mínima.
  • Aprovechar la fabricación aditiva para un control preciso de la microestructura del material.
  • Mejorar el rendimiento y la durabilidad de los materiales elastocalóricos basados en níquel-titanio.

Principales métodos:

  • Fabricación aditiva de aleaciones de níquel y titanio utilizando un entorno fundido localizado.
  • Mezcla casi eutectica de polvos elementales para formar microestructuras nanocompuestas.
  • Caracterización del comportamiento de tensión y tensión, histeresis y rendimiento cíclico.

Principales resultados:

  • Se han obtenido materiales elastocalóricos de baja histéresis y eficiencia termodinámica.
  • Microestructura nanocompuesta compuesta por compuestos intermetálicos ricos en níquel dentro de una matriz de aleación binaria.
  • Mejora de la eficiencia del material por un factor de cuatro a siete debido al comportamiento de tensión-deformación casi lineal.
  • Se ha demostrado un rendimiento elastocalórico repetible durante un millón de ciclos.

Conclusiones:

  • La fabricación aditiva permite un control preciso de la microestructura de los materiales elastocalóricos de alto rendimiento.
  • Los materiales de níquel-titanio desarrollados presentan una histeresis significativamente reducida y una eficiencia mejorada.
  • Este avance ofrece un camino prometedor para tecnologías de refrigeración de estado sólido duraderas y eficientes.