Experimental model of fracture of functionally graded materials

• Autorzy: Jaroniek M.

Warianty tytułu

PL

Eksperymentalny model pękania materiału funkcjonalnie zmiennego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Fabrication of functionally graded materials (FGM) can be obtained by layeredmixing of two materials of different thermo-mechanical properties with different volume ratios gradually changing from layer to layer such that the first layer has only a few particles of the second phase and the last has the maximum volume ratio of the first phase. Consider a simple model of the functionally graded materials as a multilayered beam bonded to planes having shear modulus G_i and Poisson's ratio [ni]_I, respectively, subjected to bending. The behaviour of cracks depends on cracks configuration, size, orientation, material properties, and loading characteristic. The fracture mechanics problem will be approached by making use of photoelastic visualisation of fracture events in the model structure.

PL

Sposób wykonania materiałów funkcyjnie zmiennych -- FGM, polega na nakładaniu (lub napylaniu) kolejnych (możliwie cienkich) warstw. Warstwy te składają się zazwyczaj z dwóch składników o różnych własnościach (mechanicznych, termicznych itp.) np. ciekły metal (plazma) i ceramika. Technologia wykonania jest następująca: najpierw nakłada się warstwę czystego ciekłego metalu, następnie warstwę ciekłego metalu z niewielką domieszką ceramiki, następne warstwy to ciekły metal ze zwiększającą się ilością ceramiki, aż do ostatniej warstwy składającej się z czystej ceramiki. W ten sposób (po zastygnięciu) otrzymuje się powłoki izolacyjne stosowane do komór spalania silników, warstwy termoizolacyjne promów i kapsuł kosmicznych itp. W pracy podano metodę doświadczalno-obliczeniową stanu naprężeń i odkształceń dla kompozytów warstwowych zbudowanych z materiałów gradientowych. Podano także dla takich kompozytów ze szczelinami kryterium zniszczenia. Opracowana metoda jest metoda hybrydową - opierając się na wynikach badań doświadczalnych, opisano stan naprężenia i odkształcenia, stosując metodę potencjałów zespolonych. Na podstawie wyników badań doświadczalnych opisano stan naprężeń i odkształceń dla materiałów liniowo-sprężystych i sprężysto-plastycznych w formie funkcji potencjałów zespolonych. Zastosowanie metody potencjałów zespolonych w postaci szeregów do analizy pól naprężeń umożliwia analizę wyników badań doświadczalnych modeli kompozytów, z uwagi na budowę równań, które w kompleksowy sposób opisują stan naprężenia w formie sumy i różnicy naprężeń normalnych. Przeprowadzone obliczenia i badania mają na celu weryfikację modelu, który można zastosować do obliczeń kompozytów warstwowych.

Słowa kluczowe

EN

composites; fracture mechanics; photoelastic method; finite element method; functionally graded materials

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 48 nr 1
• Strony: 71--86
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jaroniek M.

• Technical University of Lodz, Department of Materials and Structures Strength, Lodz, Poland,

Bibliografia

• 1. Cherepanov G.P., 1979, Mechanics of Brittle Fracture, McGraw-Hill, New York
• 2. Cook T.S., Erdogan F., 1972, Stresses in bonded materials with a crack perpendicular to the interface, International Journal of Engineering Science,10, 677-697
• 3. Frocht M.M., 1960, Photoelasticity, John Wiley, New York
• 4. Gupta A.G., 1973, Layered composite with a broken laminate, International Journal of Solids and Structures, 36, 1845-1864
• 5. Hilton P.D., Sin G.C., 1971, A laminate composite with a crack normal to interfaces, International Journal of Solids and Structures, 7, 913
• 6. Neimitz A., 1998, Mechanics of Fracture, PWN Warsaw [in Polish]
• 7. Rychlewska J., Woźniak C., 2006, Boundary layer phenomena in elastodynamics of functionally graded laminates, Archives of Mechanics, 58, 4/5,431-444
• 8. Sanford R.J., Dally J., 1979, A general method for determining mixedmode stress intensity factors from isochromatic fringe patterns, Engineering of Fracture Mechanics, 2, 621-633
• 9. Stupnicki J., 1965, Trends of experimental mechanics, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 34, 2, 207-233
• 10. Szczepiński W., 1961, A photoelastic method for determining stresses by means isochromes only, Archiwes of Applied Mechanics, 13, 5
• 11. Szymczyk J., Woźniak C., 2006, Continuum modelling of laminates with a slowly graded microstructure, Archives of Mechanics, 58, 4/5, 445-458
• 12. User’s Guide ANSYS, 2006, 9, 10, Ansys, Inc., Huston, USA
• 13. Woźniak C., 1993, Nonlinear macro-elastodynamics of microperiodic composites, Bull. Ac. Pol. Sci.: Tech. Sci., 41, 315-321
• 14. Woźniak C., 1995, Microdynamics: continuum. Modelling the simple composite materials, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 33, 267-289
• 15. Zienkiewicz O.C., 1971, The Finite Element Method in Engineering Science, McGraw-Hill, London, New York