Experimental model of fracture of functionally graded materials.
Ładowanie...
Data
2010
Autorzy
Tytuł czasopisma
ISSN czasopisma
Tytuł tomu
Wydawca
Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
Abstrakt
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<sub>i</sub> and Poisson's ratio [ni]<sub>I</sub>, 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.
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.
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.
Opis
Słowa kluczowe
composites, fracture mechanics, photoelastic method, finite element method, functionally graded materials, materiały funkcyjne zmienne, powłoki izolacyjne, kompozyty warstwowe, materiały gradientowe, metoda hybrydowa, odkształcenia, metoda potencjałów zespolonych|pola naprężęń
Cytowanie
Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2010 Vol.48 nr 1 s.71-86, sum.