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SPH modeling of adhesion in fast dynamics: Application to the Cold Spray process - 23/03/16

Doi : 10.1016/j.crme.2016.02.001 
Paul Profizi a, c, Alain Combescure a, b, , Kahuziro Ogawa c
a LaMCoS UMR 5259, INSA LYON, 18-20 Allée des sciences, 69621 Villeurbanne, France 
b AREVA–SAFRAN chair, France 
c Fracture and Reliability Research Institute, Tohoku University, 6-6-1, Aramaki, Aoba-ku, Sendai, 980-8573, Miyagi, Japan 

Corresponding author at: Laboratoire de mécanique des contacts et des structures, INSA de Lyon, UMR CNRS 5259, 18–20, rue des Sciences, 69621 Villeurbanne, France. Tel.: +33 (0)4 72 43 64 26; fax: +33 (0)4 78 89 09 80.Laboratoire de mécanique des contacts et des structuresINSA de LyonUMR CNRS 525918–20, rue des SciencesVilleurbanne69621France

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Abstract

The objective of this paper is to show, in a specific case, the importance of modeling adhesive forces when simulating the bouncing of very small particles impacting a substrate at high speed. The implementation of this model into a fast-dynamics SPH code is described. Taking the example of an impacted elastic cylinder, we show that the adhesive forces, which are surface forces, play a significant role only if the particles are sufficiently small. The effect of the choice of the type of interaction law in the cohesive zone is studied and some conclusions on the relevance of the modeling of the adhesive forces for fast-dynamics impacts are drawn. Then, the adhesion model is used to simulate the Cold Spray process. An aluminum particle is projected against a substrate made of the same material at a velocity ranging from 200 to  . We study the effects of the various modeling assumptions on the final result: bouncing or sticking. Increasingly complex models are considered. At a   impact velocity, elastic behavior is assumed, the substrate being simply supported at its base and supplied with absorbing boundaries. The same absorbing boundaries are also used for all the other simulations. Then, plasticity is introduced and the impact velocity is increased up to  . At the highest velocities, the resulting strains are very significant. The calculations show that if the adhesion model is appropriately chosen, it is possible to reproduce the experimental observations: the particles stick to the substrate in a range of impact velocities surrounded by two velocity ranges in which the particles bounce.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Adhesive forces, Modeling, Smooth particle hydrodynamics, Cold Spray, Fast dynamics


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Vol 344 - N° 4-5

P. 211-224 - avril 2016 Retour au numéro
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  • Foreword
  • Jean-Michel Bergheau, Sylvain Drapier, Éric Feulvarch, Jean-Philippe Ponthot
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  • In-plane/out-of-plane separated representations of updated Lagrangian descriptions of viscoplastic flow models in plate domains
  • Diego Canales, Adrien Leygue, Francisco Chinesta, Icíar Alfaro, David González, Elías Cueto, Éric Feulvarch, Jean-Michel Bergheau

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