Odporność na pękanie auksetycznych materiałów komórkowych o regularnej mikrostrukturze

• Autorzy: Janus-Michalska M. , Jasińska D.

Warianty tytułu

EN

Fracture toughness of auxetic cellular materials with periodic microstructure /

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł ma charakter obliczeniowy i dotyczy wyznaczania stałej materiałowej K[I] charakteryzującej odporność na pękanie przy rozciąganiu określanej dla wybranej klasy materiałów komórkowych. Struktura szkieletu tworząca materiał efektywny o ujemnym współczynniku Poissona może mieć wpływ na koncentrację naprężeń w wierzchołkach szczeliny, stąd również na odporność tego materiału na pękanie. Obliczenia wskazują na zależność stałej K[I] od parametrów geometrycznych mikrostruktury, za pomocą których można modelować efektywny materiał komórkowy o zadanych własnościach.

EN

The parametric study of the fracture toughness for auxetic cellular materials with respect to geometric microstructural parameters is performed. For given microstructure with brittle skeleton, cellular material toughness is represented by structural coefficient W[str]. Numerical solutions leading to assessment of W[str] are obtained by utilizing FEM system ABAQUS. Fracture toughness is presented as directional property of anisotropic cellular material.

Słowa kluczowe

PL

materiał komórkowy o ujemnym współczynniku Poissona; odporność na pękanie kruche

EN

auxetic cellular materials; brittle fracture; fracture toughness

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Mechanika
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 107, z. 3-M
• Strony: 55--64
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz.,Wz., tab., rys.,

Twórcy

autor

Janus-Michalska M.

autor

Jasińska D.

• Katedra Wytrzymałości Materiałów, Wydział Inżynierii Lądowej, Politechnika Krakowska

Bibliografia

• [1] Gibson L., Ashby M., Cellular Materials. Structure and Properties, Cambridge University Press, 1997.
• [2] Gibson L., Ashby M., Maiti S.K., Fracture toughness of brittle cellular solids, Scr. Metall., 18, 1984, 213-217.
• [3] German J., Biel-Gołaska M., Podstawy i zastosowania mechaniki pękania w zagadnieniach inżynierskich, Instytut Odlewnictwa, Kraków 2005.
• [4] Janus-Michalska M., Micromechanical Model of Auxetic Cellular Materials, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, Vol. 47, No. 4, 2009.
• [5] Jasińska D., Janus-Michalska M., Material Design of Anisotropic Elastic Cellular Bodies with Respect to Contact Problem, Engineering Transactions, Vol. 56, No. 3, 2008, 201-225.
• [6] Kabir M.E., Saha M.C., Jeelani S., Tensile and fracture behaviour of polymer foams, Materials Science and Engineering A, 429, 2006, 225-235.
• [7] Choi S., Sankar B., A micromechanical model to predict the fracture toughness of cellular materials, Int. Journal of Solids and Structures, 42, 2005, 1797-1817.
• [8] Lipperman F., Ryvkin M., Fuchs M., Fracture toughness of two-dimensional cellular material with periodic microstructure, Int. Journal of Fracture, 146, 2007, 279-290.
• [9] Chen J.Y., Huang Y., Ortiz M., Fracture Analysis of Cellular Materials. A Strain Gradient Model, Journal of Mechanics and Physics of Solids, Vol. 46, 5, 1998, 789-828.
• [10] Ryvkin M., Fuchs M., Lipperman F., Kucherov L., Fracture Analysis of Materials with Periodic Microstructure by the Representative Cell Method, Int. Journal of Fracture, 128, 2004, 215-221.
• [11] Andrews L.W., Gibson L., The influence of cracks notches and holes on the tensile strength of cellular solids, Acta Materialia, 49, 2001, 2975-2979.
• [12] Qiu X., Fleck N.A., The damage tolerance of elastic-brittle, 2-D isotropic laticces, Journal of Mechanics and Physics of Solids, 55, 2007, 562-588.
• [13] Fan H.L., Jin F.N., Fang D.N., Mechanial properties of hierarchical cellular materials, Part I: Analysis, Composites Science and Technology, 68, 2008, 3380-3387.
• [14] Huang J.S., Chiang M.S., Effects of Microstructure, Specimen and Loading Geometries on KIC of Brittle Honeycombs, Engineering Fracture Mechanics, Vol 54, No 6, 1996, 813-821.
• [15] Alonso I.Q., Fleck N.A, Damage tolerance of an elastic-brittle diamond celled honeycomb, Scripta Materialia, 56, 2007, 693-696.
• [16] Chen C., Fleck N.A., Lu T.J. The mode I crack resistance of metallic foams, Journal of the Mechanics and Physics of solids, 49, 2001, 231-259.
• [17] Lipperman F., Fuchs M., Ryvkin M., Stress localization and strength optimization of frame material with periodic microstructure, Comp. Meth. Appl. Mech. Engrg., 197, 2008, 4016-4026.
• [18] Minquez J.M., Study of the fracture toughness by finite element methods, Int J. of Solids and Structures, 37, 2000, 991-1001.
• [19] Lakes R.S., Design considerations for negative Poisson’s ratio materials, ASME Journal of Mechanical Design, 115, 1993, 696-700.
• [20] Lipperman F., Fuchs M., Ryvkin M., Nucleation of cracks in two-dimensional periodic cellular materials, Comp. Mech., 39, 2007, 127-139.
• [21] Overaker D.W., Cuitino A.M., Langrana N.A., Elastoplastic Micromechanical Modeling of Two-dimensional Irregular Convex and Nonconvex (Re-entrant) Hexagonal Foams, Transactions of ASME, 65, 1998.