Stabilita trhliny v částicově zpevněných kompozitech

Crack stability in particle toughened composites

článek v časopise - ostatní, Jost

cs

Je analyzován problém šíření trhliny v kompozitním materiálu typu křehké matrice s distribucí zpevňujících částic schopných plastické deformace v podmínkách smíšeného zatěžování I a II. Aplikované zatížení je charakterizovváno nominálními součiniteli intenzity napětí. Smíšený mód zatěžování způsobí ohyb trhliny a lokální stav napětí před čelem trhliny je popsán dvojící lokálních součinitelů intenzity napětí. Na rozdíl od předešlých prací se uvažuje, že ohyb trhliny je přemostěn izolovanými tvárnými můstky, které vedou ke vzniku uzavírajících sil. Lomová kritéria jsou vyjádřená pomocí lokálních součinitelů intenzity napětí a velikosti otevření trhliny v místě ohybu. Předpokládá se, že křehká matrice se poruší v případě dosažení maximálního tahového napětí před špicí trhliny, což je ekvivalentní s podmínkou, že lokální součinitel intenzity napětí v módu II je roven 0, zatímco lokální součinitel intenzity napětí v módu I dosahuje lomové houževnatosti matrice. Kritická hodnota otevření trhliny určuje přetržení můstků. Obě podmínky musí být splněny současně pro rozšíření trhliny. Řešení těchto podmínek vzhledem k aplikovaným součinitelům inteznity napětí v módu I a II dostaneme křivky mezní stavů vumezujících oblasti stability trhliny.

Je analyzován problém šíření trhliny v kompozitním materiálu typu křehké matrice s distribucí zpevňujících částic schopných plastické deformace v podmínkách smíšeného zatěžování I a II. Aplikované zatížení je charakterizovváno nominálními součiniteli intenzity napětí. Smíšený mód zatěžování způsobí ohyb trhliny a lokální stav napětí před čelem trhliny je popsán dvojící lokálních součinitelů intenzity napětí. Na rozdíl od předešlých prací se uvažuje, že ohyb trhliny je přemostěn izolovanými tvárnými můstky, které vedou ke vzniku uzavírajících sil. Lomová kritéria jsou vyjádřená pomocí lokálních součinitelů intenzity napětí a velikosti otevření trhliny v místě ohybu. Předpokládá se, že křehká matrice se poruší v případě dosažení maximálního tahového napětí před špicí trhliny, což je ekvivalentní s podmínkou, že lokální součinitel intenzity napětí v módu II je roven 0, zatímco lokální součinitel intenzity napětí v módu I dosahuje lomové houževnatosti matrice. Kritická hodnota otevření trhliny určuje přetržení můstků. Obě podmínky musí být splněny současně pro rozšíření trhliny. Řešení těchto podmínek vzhledem k aplikovaným součinitelům inteznity napětí v módu I a II dostaneme křivky mezní stavů vumezujících oblasti stability trhliny.

Crack extension in composites consisting of brittle matrix reinforced by ductile particles is analyzed under conditions of mixed in-plane loading. The applied loading is characterzed in terms of the nominal stress intesity factors in mode I and II. Mixed mode loading leads to crack kinking and the local state of stress ahead of crack tip is described by the local stress intesity factors. Contrary to previous work the kink is subjected to bridging load generated by isolated ductile ligaments. After calculation of the local stress intensity factor in mode I and II and the crack opening displacement at the deflection point appropriate fracture criteria are suggested. The brittle matrix is assumed to fail by maximum tensile stress criterion which is equivalent to the first order to the local stress intensity factor in mode II is equal to 0 condition while the local stress intensity factor in mode I reaches the fracture tougheness of the matrix. Farther, a critical value of the crack opening displacement determines the ligament rupture. Both criterions have to be fulfilled for further crack extension. Solving these criteria for the applied stress intensity factor in mode I and II provides us with a set of fracture loci.

ohyb trhliny, zpevněné keramiky, lomová houževnatost, integrální rovnice se silnou singularitou

crack kinking, toughened ceramics, fracture toughness, strongly singular integral equations

2004

01.01.2000

1210-2717

Inženýrská mechanika - Engineering Mechanics

7

5

19