Constitutive and numerical modeling of chemical and mechanical phenomena in solid oxide fuel cells and oxygen permeable membranes

A relation between diffusion of the oxygen ions, chemical expansion in electrochemical ceramics, and chemically induced stress evolution in the cathode over time for the Single Chamber Solid Oxide Fuel Cell based on the miniaturisation concept using thick films produced by screen-printing method has been established. The proposed model has been used to calculate the time dependent stress distribution in the cathode as a function of the material parameters, geometrical parameters of the cathode, and concentration of the oxygen ions under steady state operating conditions of the Single Chamber Solid Oxide Fuel Cell.Виконано моделювання хімічних і механічних явищ, та розроблені узагальнені визначальні співвідношення, які можуть бути використано для розрахунків залежних від часу розподілень напружень та пошкоджуваності, що обумовлена повзучістю, в твердооксидних паливних елементах та в мембранах для переносу кисню як функцій матеріалу та параметрів паливного елементучи мембрани, які знаходяться в несталих та сталих умовах роботи. Розроблені визначальні співвідношення впроваджено в формі структурних моделей для аналізу розподілу напружень в паливних елементах і в мембранах та деградації в часі, для аналізу міцності та тривалої міцності, для забезпечення безпечної роботи систем паливних елементів та мембран для стаціонарного та транспортного використанн

Constitutive and numerical modeling of chemical and mechanical phenomena in thermal barrier coatings for gas turbine blades of aircraft engines

Виконано моделювання хімічних і механічних явищ, та розроблені узагальнені визначальні співвідношення, які можуть бути використано для розрахунків залежних від часу розподілень напружень та пошкоджуваності термоізоляції лопаток газових турбін авіаційних двигунів. Розроблені визначальні співвідношення впроваджено в формі структурних моделей для аналізу пошкоджуваності в часі термоізоляції лопаток газових турбін авіаційних двигунів, для аналізу міцності та тривалої міцності, для забезпечення безпечної роботи лопаток газових турбін авіаційних двигунів

Damage accumulation in multilayer thin films on gamma titanium aluminides

The present paper involves comprehensive investigations towards an understanding on how aggressive environments, high service temperatures and long dwell times affect damage growth and lifetime reduction of different components of automotive combustion engines and aero-engines made out of gamma titanium aluminides with protective coatings. The outcome of this paper is related to the practical recommendations on how damage growth at high temperatures in multilayer thin films on gamma titanium aluminides under thermal cyclic conditions and multiaxial stress state may be controlled in order to reduce environmental degradation, optimize the protective coating and extend lifetime of a component for automotive, energy and aerospace applications.Настоящая статья включает в себя всеобъемлющие исследования, направленные на понимание того, как агрессивные среды, высокие температуры и время цикла нагружения влияют на рост повреждаемости и сокращение долговечности различных компонентов автомобильных двигателей внутреннего сгорания и авиационных двигателей, изготовленных из гамма алюминидов титана с защитными покрытиями. В результате этих исследований установлено, как рост поврежденности при высоких температурах в многослойных тонких пленках на основе гамма алюминидов титана в условиях теплового циклического нагружения и многоосного напряженного состояния можно контролировать с целью снижения деградации под влиянием окружающей среды, оптимизации защитного покрытия и увеличения срока службы элементов конструкций для автомобильной, энергетической и аэрокосмической промышленности

A Comparison between the 3D and the Kirchhoff-Love Solutions for Cylinders under Creep-Damage Conditions

The 3D theory of creep deformation and creep damage growth in a cylindrical body of revolution is considered. Constitutive equations describing the creep deformation and unilateral creep damage in initially isotropic materials with characteristics dependent on the kind of the stress state are discussed. The numerical approach to obtain the 3D solution for a cylinder under creep-damage conditions is developed. The numerical results generated by the proposed 3D theory are compared with the analogous results based on the Kirchhoff-Love model. Thin and moderately thick cylindrical shells of revolution made from the material with the creep and creep damage characteristics dependent on the kind of the stress state are considered in this comparative analysis. The influence of tension–compression asymmetry on the stress–strain state and damage evolution with time in thin and moderately thick cylindrical shells is discussed. If it is assumed that the properties of the shell material do not depend on the kind of the stress state, this could lead to an overprediction of the creep damage growth and a significant underestimation of the failure initiation time

Benchmark creep tests for thermal barrier coatings

The topic of this paper involves a number of benchmark creep tests and reference solutions that give the possibility to verify the finite element analysis of stress redistribution in thermal barrier coatings related to commercial software packages. The numerical results have been compared in the benchmark tests with the results obtained by other methods and by other authors. The results of creep studies revealed the magnitudes of the local stresses that correlate with the residual stresses determined in the thermally grown oxide by the luminescence spectroscopy method. The creep properties of Ni-based superalloy substrate have strong influence on the stress state and subsequent failure of EB-PVD thermal barrier coatings. The obtained numerical results demonstrate that the future EB-PVD thermal barrier coatings should be developed simultaneously with the Ni-based superalloy substrate, because the effectiveness of coating is influenced by the composition and properties of the substrate.Тема цієї статті включає в себе ряд тестів на повзучість та еталонні рішення, які дають можливість перевірити аналіз методом скінченних елементів перерозподілу напружень в теплозахисних покриттях, пов'язаний з комерційними пакетами програмного забезпечення. Чисельні результати були порівняні у тестах з результатами, отриманими іншими методами та іншими авторами. Результати досліджень повзучості показали величини локальних напружень, які корелюють із залишковими напруженнями, визначеними в термічно вирощеному оксиді методом люмінесцентної спектроскопії. Повзучість нікелевих жароміцних сплавів підкладки має сильний вплив на напружений стан і подальше руйнування EB-PVD теплозахисних покриттів. Отримані чисельні результати показують, що майбутні EB-PVD теплозахисні покриття повинні бути розроблені одночасно з нікелевою підкладкою, оскільки ефективність покриття залежить від складу і властивостей підкладки

Structure–activity study of N-((trans)-4-(2-(7-cyano-3,4-dihydroisoquinolin-2(1H)-yl)ethyl)cyclohexyl)-1H-indole-2-carboxamide (SB269652), a bitopic ligand that acts as a negative allosteric modulator of the dopamine D2 receptor

We recently demonstrated that SB269652 (1) engages one protomer of a dopamine D2 receptor (D2R) dimer in a bitopic mode to allosterically inhibit the binding of dopamine at the other protomer. Herein, we investigate structural deter- minants for allostery, focusing on modifications to three moieties within 1. We find that orthosteric “head” groups with small 7-substituents were important to maintain the limited negative cooperativity of analogues of 1, and replacement of the tetrahydroisoquinoline head group with other D2R “privileged structures” generated orthosteric antagonists. Additionally, replacement of the cyclohexylene linker with polymethylene chains conferred linker length dependency in allosteric pharma- cology. We validated the importance of the indolic NH as a hydrogen bond donor moiety for maintaining allostery. Replacement of the indole ring with azaindole conferred a 30-fold increase in affinity while maintaining negative cooperativity. Combined, these results provide novel SAR insight for bitopic ligands that act as negative allosteric modulators of the D2R

Transversal Shear Effect in Moderately Thick Shells from Materials with Characteristics Dependent on the Kind of Stress State under Creep-Damage Conditions: Theoretical Framework

The refined theory of creep deformation and creep damage in moderately thick shells of revolution which accounts for transversal shears and additionally for nonlinear distribution across its thickness of the components of the strain tensor as well as of the angles of rotation of the triad of vectors defined the position of the arbitrary point of a shell is discussed. A constitutive model for describing the creep deformation and directional nature of damage under creep conditions in initially isotropic materials with characteristics dependent on the kind of the stress state has been used. The governing equations of the moderately thick shell theory under discussion are introduced, and the initial/boundary-value problem in the frame of the physical nonlinearity and geometrical linearity has been formulated. The numerical tool developed for analysis of creep deformation and creep damage in moderately thick shells of revolution using the proposed theory is discussed

Hyperelastic Description of Polymer Soft Foams at Finite Deformations

Soft foams are gaining importancy as materials for mattress systems and seat cushions in such areas as aircraft and automotive industries and in the field of medical care. This study will demonstrate that a strain energy function of finite hyperelasticity for compressible media proposed by Hill (1978), Storakers (1986) and Ogden (1972) is applicable to describe the elastic properties of open cell soft foams. This strain energy function is implemented in the FE-tool ABAQUS and proposed for high compressible soft foams. To determine this constitutive equation, experimental data from a uniaxial compression test are used. As the parameters in the constitutive equation are linked in a non-linear way, non-linear optimisation routines are adopted. Moreover due to the inhomogeneities of the deformation field of the uniaxial compression test, the quality function of the optimisation routine has to be determined by an FE-tool. The appropriateness of the strain energy function is tested by a complex loading test. By using the optimised parameters the FE-simulation of this test is in good accordance with the experimental data