Popis chování trhliny v keramických komnpozitních amteriálech se silnými rozhraními

Estimation of crack behaviour in the ceramic laminate with strong interfaces

abstract

en

The contribution deals with a description of the specific crack behaviour in the layered alumina-zirconia ceramic laminate. The main aim is to clarify crack behaviour in the compressive layer and provide computational tools for estimation of crack behaviour in the field of strong residual stresses. The crack propagation was investigated on the basis of linear elastic fracture mechanics. Fracture parameters were computed numerically. Finite element models were developed in order to obtain a stress distribution in the laminate containing a crack and to simulate crack propagation. The sharp change of the crack propagation direction was estimated using criterion based on the strain energy density factor. Generalized linear elastic fracture mechanics was applied in the case of crack touching the material interface. Estimated crack behaviour is qualitatively in a good agreement with experimental observations.

V příspěvku je popsáno specifické chování trhliny ve vrstevnatých keramických kompozitních materiálech na bázi Al2O3-ZrO2. Hlavním cílem je objasnit chování trhliny v tlakové vrstvě a poskytnout tak výpočetní nástroje, které umožní popsat chování trhliny v oblasti silně ovlivněné zbytkovými napětími. Proces šíření trhliny byl vyšetřován za předpokladu platnosti lineárně elastické lomové mechaniky a potřebné lomové parametry byly získávány numericky. Konečnoprvkové modely byly vyvinuty tak, aby bylo možné popsat pole napětí uvnitř těles obsahujících trhlinu a numericky simulovat její další šíření. Výrazná změna směru šíření trhliny byla popsána na použití kritéria odvozeného z faktoru hustoty deformační energie. V místech, kde se trhlina dotýkala materiálového rozhraní byla pro popis jejíh šíření použita zobecněné koncepce lineárně elastické lomové mechaniky. Numerický popis šíření trhliny je v dobré shodě s experimentálními pozorováními.

The contribution deals with a description of the specific crack behaviour in the layered alumina-zirconia ceramic laminate. The main aim is to clarify crack behaviour in the compressive layer and provide computational tools for estimation of crack behaviour in the field of strong residual stresses. The crack propagation was investigated on the basis of linear elastic fracture mechanics. Fracture parameters were computed numerically. Finite element models were developed in order to obtain a stress distribution in the laminate containing a crack and to simulate crack propagation. The sharp change of the crack propagation direction was estimated using criterion based on the strain energy density factor. Generalized linear elastic fracture mechanics was applied in the case of crack touching the material interface. Estimated crack behaviour is qualitatively in a good agreement with experimental observations.

vrstevnaté keramické kompozity, zbytková napětí, šíření trhliny, faktor hustoty deformační energie

Layered ceramic composites, residual stresses, crack propagation, strain energy density factor.

31.07.2015

Institute of Physics of Materials, Academy of Sciences of the Czech Republic, Brno, Czech Republic

Brno

978-80-87434-07-9

ICSMA 17 Book of Abstracts

288–288

1