Mô hình lý thuyết và phân tích sự đổ vỡ nhiệt của vật liệu chức năng phân loại nửa vô hạn với vết nứt cạnh

Meccanica - Tập 49 - Trang 2603-2615 - 2014
Vera Petrova1, Tomasz Sadowski2
1Voronezh State University, Voronezh, Russia
2Lublin University of Technology, Lublin, Poland

Tóm tắt

Nghiên cứu hiện tại tập trung vào vấn đề tương tác của hai vết nứt cạnh nghiêng tùy ý đối với biên của một mặt phẳng nửa không đồng nhất, là một lớp vật liệu chức năng phân loại trên một nền tảng đồng nhất. Các tính chất chức năng phân loại thay đổi theo chiều dày theo quy luật mũ. Một chu trình làm lạnh từ nhiệt độ nung kết được xem xét. Một phương pháp dựa trên các phương trình tích phân được sử dụng và một giải pháp được tìm ra, sau đó các hệ số cường độ ứng suất được tính toán và hướng của sự phát triển ban đầu của vết nứt được đánh giá bằng cách sử dụng tiêu chí ứng suất vòng tối đa. Ảnh hưởng của các tham số hình học và vật liệu (không đồng nhất) đến các đặc tính gãy đổ được điều tra. Nghiên cứu này có thể phục vụ như một phần của mô hình hóa quy trình gãy đổ trong các lớp phủ FGM dưới tải trọng nhiệt chu kỳ gia nhiệt - làm lạnh.

Từ khóa

#Vật liệu chức năng phân loại #vết nứt cạnh #nửa không đồng nhất #ứng suất #phân tích gãy đổ

Tài liệu tham khảo

Miyamoto Y, Kaysser WA, Rabin BH (1999) Functionally graded materials: design, processing and applications. Kluwer, Netherlands Birman V, Byrd LW (2007) Modeling and analysis of functionally graded materials and structures. ASME Appl Mech Rev 60:195–216 Sadowski T (2008) Non-symmetric thermal shock in ceramic matrix composite (CMC) materials. In: de Bost R, Sadowski T (eds) Lecture notes on composite materials—current topics and achievements. Springer, Berlin, pp 99–148 Kawasaki A, Watanabe R (2002) Thermal fracture behavior of metal/ceramic functionally graded materials. Eng Fract Mech 69:1713–1728 Shukla A, Jain N, Chona R (2007) A review of dynamic fracture studies in functionally graded materials. Strain 43:76–95 Qian G, Nakamura T, Berndt CC (1998) Effects of thermal gradient and residual stresses on thermal barrier coating fracture. Mech Mater 27:91–110 Anlas G, Santare MH, Lambros J (2000) Numerical calculation of stress intensity factors in functionally graded materials. Int J Fract 104:131–143 Anlas G, Lambros J, Santare MH (2002) Dominance of asymptotic crack tip fields in elastic functionally graded materials. Int J Fract 115:193–204 Afsar AM, Sekine H (2000) Crack spacing effect on the brittle fracture characteristics of semi-infinite functionally graded materials with periodic edge cracks. Int J Fract 102:L61–L66 Noda N-A, Oda K (1992) Numerical solution of the singular integral equations in the crack analysis using the body force method. Int J Fract 58:285–304 Yıldırım B, Özge Kutlu, Kadıoglu S (2011) Periodic crack problem for a functionally graded half-plane an analytic solution. Int J Solids Struct 48:3020–3031 El-Borgi S, Djemel MF, Abdelmoula R (2008) A surface crack in a graded coating bonded to a homogeneous substrate under thermal loading. J Therm Stresses 31:176–194 Petrova V, Schmauder S (2012) Interaction of a system of cracks with an interface crack in functionally graded/homogeneous bimaterials under thermo-mechanical loading. Comp Mater Sci 64:229–233 Petrova V, Schmauder S (2014) Modelling of thermal fracture of functionally graded/homogeneous bimaterial structures under thermo-mechanical loading. Key Eng Mater 592–593:145–148 Sadowski T, Neubrand A (2004) Estimation of the crack length after thermal shock in FGM strip. Int J Fract 127:L135–L140 Sladek J, Sladek V, Zhang Ch (2005) An advanced numerical method for computing elastodynamic fracture parameters in functionally graded materials. Comp Mater Sci 32:532–543 Afsar AM, Sekine H (2002) Inverse problems of material distributions for prescribed apparent fracture toughness in FGM coating around a circular hole in infinite elastic media. Compos Sci Technol 62:1063–1077 Petrova V, Sadowski T (2012) Theoretical modeling and analysis of Mode II cracks in Compact Shear specimens. In: ECCOMAS 2012—European congress on computational methods in applied sciences and engineering, e-Book Full Papers, pp. 2601–2611 Erdogan F, Wu BH (1997) The surface crack problem for a plate with functionally graded properties. ASME J Appl Mech 64:449–456 Erdogan F, Wu BH (1996) Crack problems in FGM layers under thermal stresses. J Therm Stress 19:237–265 Panasyuk V, Savruk M, Datsyshin A (1976) Stress distribution near cracks in plates and shells (Russian). Naukova Dumka, Kiev Savruk MP (1981) Two-dimensional problems of elasticity for body with cracks (Russian). Naukova Dumka, Kiev Erdogan F, Gupta G (1972) On the numerical solution of singular integral equations. Quart Appl Math 29:525–534 Murakami Y (ed) (1987) Stress intensity factors handbook. In 2 vol, Pergamon press, Oxford etc Freese CE (1976) Periodic edge cracks of unequal length in a semi-infinite tensile sheet. Int J Fract 12:125–134 Shackelford JF, Alexander W (2001) CRC materials science and engineering handbook. CRC Press, Boca Raton Erdogan F, Sih GC (1963) On the crack extension in plates under plane loading and transverse shear. J Basic Eng 85:519–527 Sih GC (1974) Strain-energy-density factor applied to mixed-mode crack problems. Int J Fract 10:305–321