Microstructural effects on damage in composites - computational analysis

• Autorzy: Mishnaevsky L. Jr.

Warianty tytułu

PL

Wpływ mikrostruktury na zniszczenie kompozytu - analiza numeryczna

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, microstructural effects on the damage resistance of composite materials are studied numerically using methods of computational mesomechanics of materials and virtual experiments. Several methods and programs for automatic generation of 3D microstructural models of composites based on the geometrical description of microstructures as well as on the voxel array data have been developed and tested. 3D FE (Finite Element) simulations of the deformation and damage evolution in particle reinforced composites are carried out for different microstructures of the composites. Some recommendations for the improvement of the damage resistance of lightweight metal matrix composites with ceramic reinforcements are obtained.

PL

W artykule przedstawiono analizę wpływu mikrostruktury materiałów kompozytowych na ich odporność na zniszczenie, przeprowadzając badania symulacyjne oparte na modelach obliczeniowych stosowanych w mezo-mechanice oraz na eksperymentach numerycznych. Opisano zaproponowane i przetestowane programy do automatycznego generowania trójwymiarowych modeli mikrostruktur kompozytowych bazujące na opisie geometrycznym z zastosowaniem techniki wokseli (3-wymiarowych odpowiedników pikseli). Przeprowadzono symulacje deformacji i ewolucji zniszczenia elementów skończonych reprezentujących kompozyty z wtrąceniami punktowymi o różnej mikrostrukturze. Sformułowano pewne wytyczne dla poprawy odporności na zniszczenia lekkich kompozytów zbudowanych z metalicznego lepiszcza wzmacnianego ceramiką.

Słowa kluczowe

EN

damage; composite; finite elements; micromechanics; numerical simulations

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 44 nr 3
• Strony: 533--552
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Mishnaevsky L. Jr.

• University of Stuttgart, IMWF and Darmstadt University of Technology, Institute of Mechanics, Germany,

Bibliografia

• 1. Bauccio M., edit., 1994, ASM Engineered Materials Reference Book, 2nd Ed., ASM International, Materials Park, OH
• 2. Derrien K., Baptiste D., Guedra-Degeorges D., Foulquier J., 1999, Multiscale modelling of the damaged plastic behaviour of AlSiCp composites, Int. J. Plasticity, 15, 667-685
• 3. Mishnaevsky L. Jr., 1998, Damage and Fracture of Heterogeneous Materials, Balkema, Rotterdam, 230 pp.
• 4. Mishnaevsky L. Jr., 2004, Three-dimensional numerical testing of microstructures of particle reinforced composites, Acta Mater., 52, 14, 4177-4188
• 5. Mishnaevsky L. Jr., 2005, Automatic voxel based generation of 3D microstructural FE models and its application to the damage analysis of composites, Materials Science and Engineering, A407, 1/2, 11-23
• 6. Mishnaevsky L. Jr., Derrien K., Baptiste D., 2004a, Effect of microstructures of particle reinforced composites on the damage evolution: probabilistic and numerical analysis, Composites Science and Technology, 64, 12, 1805-1818
• 7. Mishnaevsky L. Jr., Dong M., Hoenle S., Schmauder S., 1999a, Computational mesomechanics of particle-reinforced composites, Comput. Mater. Sci., 16, 1/4, 133-143
• 8. Mishnaevsky L. Jr., Lippmann N., Schmauder S., 2003a, Computational modeling of crack propagation in real microstructures of steels and virtual testing of artificially designed materials, Int. J. Fracture, 120, 4, 581-600
• 9. Mishnaevsky L. Jr., Lippmann N., Schmauder S., 2003b, Micromechanisms and modelling of crack initiation and growth in tool steels: role of primary carbides, Zeitschrift f. Metallkunde, 94, 6, 676-681
• 10. Mishnaevsky L. Jr., Lippmann N., Schmauder S., Gumbsch P., 1999b, In-situ observations of damage evolution and fracture in AlSi cast alloys, Eng. Fract. Mech., 63, 4, 395-411
• 11. Mishnaevsky L. Jr., Schmauder S., 2001, Continuum mesomechanical finite element modeling in materials development: a state-of-the-art review, Applied Mechanics Reviews, 54, 1, 49-69
• 12. Mishnaevsky L. Jr., Weber U., Schmauder S., 2004b, Numerical analysis of the effect of microstructures of particle-reinforced metallic materials on the crack growth and fracture resistance, Int. J. Fracture, 125, 33-50
• 13. Mishnaevsky L.L., 1982, Wear of Grinding Wheels, Kiev, Naukova Dumka
• 14. Mummery P., Derby B., 1993, In: Chapter 14, Fundamentals of Metal-Matrix Composites, S. Suresh, A. Mortensen, A. Needleman (edit.), Elsevier, 251-268
• 15. Rice J.R., Tracey D.M., 1969, On the ductile enlargement of voids in triaxial stress fields, Int. J. Mech. Phys. Solids, 17, 201-217
• 16. Wulf J., 1995, Neue Finite-Elemente-Methode zur Simulation des Duktilbruchs in Al/SiC, Dissertation MPI fur Metallforschung, Stuttgart
• 17. Wulf J., Schmauder S., Fischmeister H.F., 1993, Finite element modelling of crack propagation in ductile fracture, Comput. Mater. Sci., 1, 297-301