Numerická simulace růstu trhliny v keramických kompozitních materiálech ve 3D

Abstract

Pevnost materiálů jako je sklo a keramika může být ovlivněná prostředím (koroze pod napětím). Při namáhání mohou poruchy (trhliny) růst subkriticky pod lomovou houževnatostí K_Ic. Cílem této práce bylo vyvinout tři-dimenzionální konečnoprvkový model pro analýzu chování podkritického růstu trhlin v částicových kompozitech na bázi keramiky. K predikci směru růstu trhliny v rámci lineární elastické lomové mechaniky bylo použito kritérium maximálního tangenciálního napětí. Modelovaným materiálem byla nízkoteplotně vypalovaná keramika (LTCC), obsahující částice oxidu hlinitého uložené ve skleněné matrici. Hlavním cílem práce bylo vyvinout 3D model popisující růst trhliny. Závěry z této práce mohou přispět k lepšímu porozumění podkritického šíření trhlin v částicových kompozitech.The strength of materials such as glass and ceramics can be influenced by the environment (stress corrosion). Under applied stress defects (cracks) can grow sub-critically below fracture toughness K_Ic. The aim of this work was to develop a three-dimensional finite-element model to analyze the subcritical crack growth behavior of ceramic-based particulate composites. The maximum tangential stress criterion (MTS) was used to predict the direction of the crack propagation in the framework of linear elastic fracture mechanics. The modeled material was a Low Temperature Co-fired Ceramics (LTCC), containing alumina particles embedded in a glass matrix. The main aim of this work was to develop a 3D model describing the crack growth. Conclusions from this work can contribute to a better understanding of subcritical crack propagation in particle composites.