پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 9 |
| تعداد شمارهها | 448 |
| تعداد مقالات | 5,737 |
| تعداد مشاهده مقاله | 8,058,851 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 6,555,823 |
شبیهسازی المان گسسته گسترش ترک در پوششهای ترد | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| مقاله 5، دوره 52، شماره 5، مرداد 1399، صفحه 1153-1166 اصل مقاله (1.8 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2019.15054.6014 | ||
| نویسندگان | ||
| محمد امین قاسمی؛ سیدرضا فلاحتگر* | ||
| دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران | ||
| چکیده | ||
| پوشش دهی قطعات و اجزاء در صنایع مختلف برای بهبود خواص سطح آنها انجام میشود. در این بین ، پوششهای ترد در کاربردهایی نظیر افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حرارت بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند. مود آسیب غالب در این ساختارها، ایجاد و گسترش ترک است، از اینرو بررسی رفتار شکست در این ساختارها از اهمیت ویژهای برخوردار است. در این مقاله، از روش المان گسسته برای شبیهسازی فرآیند ایجاد آسیب اولیه و گسترش آن در ساختارهای شامل پوشش و بستر، به دلیل قابلیت بالای آن در پیشبینی این فرآیند، استفاده شد. رفتار پوشش و بستر به صورت ترد الاستیک در نظر گرفته شد و اثر پارامترهای اختلاف ضرایب الاستیک اجزای تشکیل دهنده و ضخامت پوشش بر گسترش آسیب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد، در ساختارهایی که سفتی پوشش به مراتب کمتر از سفتی بستر است، در ضخامتهای کم پوشش، مود غالب آسیب، ایجاد ترک و گسترش آن به داخل بستر است، در حالیکه با افزایش ضخامت پوشش، گسترش ترک به داخل و یا به موازات فصل مشترک بین پوشش و بستر اتفاق میافتد. اما در ساختارهایی که در آن سفتی پوشش بزرگتر از بستر است، بدون توجه به ضخامت پوشش، گسترش آسیب به داخل بستر نفوذ مینماید. | ||
| کلیدواژهها | ||
| ساختارهای پوشش-بستر؛ پوشش ترد؛ روش المان گسسته؛ گسترش آسیب | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Discrete Element Method Simulation of Crack Propagation in Brittle Coatings | ||
| نویسندگان [English] | ||
| M. A. Ghasemi؛ Seyed Reza Falahatgar | ||
| Faculty of Mechanical Engineering, University of Guilan, Guilan, Rasht | ||
| چکیده [English] | ||
| Coatings are used in different industries in order to improve the surface properties in components and instruments. In some situations, such as improving the wear resistance of an instrument, brittle coatings have been considered. Dominant failure mode in these structures is crack initiation and propagation. So, investigating the fracture behavior of these structures is of great importance. In this paper, the discrete element method is used to simulate the crack initiation and propagation in coating/substrate structures. This method has a great ability to predict damage initiation and propagation in structures. For this purpose, a discrete element solver code is written by authors. Brittle elastic behavior is considered in coating and substrate and the effect of elastic mismatch in constituents of structure and the coating thickness in damage initiation and propagation were investigated. The results showed that in structures in which coating stiffness is less than substrate stiffness, in the case of the low thickness of the coating, damage appears as crack initiation and propagation into the substrate but, by increasing the coating thickness, the crack grows into or parallel to the interface. In structures in which the coating stiffness is greater than substrate stiffness, no matter to the coating thickness, the crack grows to the substrate. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Coating/substrate structures, Brittle coating, Discrete element method, Damage propagation | ||
| مراجع | ||
|
[1] X. Li, L. Liang, J. Xie, L. Chen, Y. Wei, Thicknessdependent fracture characteristics of ceramic coatings bonded on the alloy substrates, Surface and Coatings Technology, 258 )2014( 1039-1047. [2] A. Strawbridge, H. E. Evans, Mechanical failure of thin brittle coatings, Engineering Failure Analysis, .301-58 (5991) (2)2 [3] A. Evans, G. Crumley, R. Demaray, On the mechanical behavior of brittle coatings and layers, Oxidation of Metals, 20(5-6) (1983) 193-216. [4] A. M. Tobi, P. Shipway, S. Leen, Finite element modelling of brittle fracture of thick coatings under normal and tangential loading, Tribology International, 58 (2013), 29-39. [5] P. Bansal, P. Shipway, S. Leen, Finite element modelling of the fracture behaviour of brittle coatings, Surface and Coatings Technology, 200(18-19 )(2006) 5318-5327. [6] I. Hofinger, M. Oechsner, H.-A. Bahr, M. V. Swain, Modified four-point bending specimen for determining the interface fracture energy for thin, brittle layers, International Journal of Fracture, 92(3) (1998) 213220. [7] M. V. Babu, R. K. Kumar, O. Prabhakar, N. G. Shankar, Fracture mechanics approaches to coating strength evaluation, Engineering Fracture Mechanics, 55(2) (1996) 235-248. [8] H. Liu, L. Liang, Y. Wang, Y. Wei, Fracture Characteristics and Damage Evolution of Coating Systems Under Four‐Point Bending, International Journal of Applied Ceramic Technology, 13(6) (2016) 1043-1052. [9] P. Forschelen, A. Suiker, O. van der Sluis, Effect of residual stress on the delamination response of filmsubstrate systems under bending, International Journal of Solids and Structures, 97 (2016) 284-299. [10] M. Ostoja-Starzewski, Lattice models in micromechanics, Applied Mechanics Reviews, 55(1) (2002) 35-60. [11] K. M. Crosby, R. M. Bradley, Simulations of tensile fracture in thin films bonded to solid substrates, Philosophical Magazine B, 76(1) (1997) 91-105. [12] P. A. Cundall, O. D. L. Strack, A discrete numerical model for granular assemblies, Géotechnique, 29(1) )1979( 47-65. [13] D. O. Potyondy, P. A. Cundall, A bonded-particle model for rock, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 41(8) (2004) 1329.1364 [14] F. K. Wittel, F. Kun, B.-H. Kröplin, H. J. Herrmann, A study of transverse ply cracking using a discrete element method, Computational Materials Science, 28 (4–3) (2003) 608-619. [15]F. K. Wittel, J. Schulte-Fischedick, F. Kun, B.-H. Kröplin, M. Frieß, Discrete element simulation of transverse cracking during the pyrolysis of carbon fibre reinforced plastics to carbon/carbon composites, Computational Materials Science, 28(1) (2003) 1-15. [16] Y. Sheng, D. Yang, Y. Tan, J. Ye, Microstructure effects on transverse cracking in composite laminae by DEM, Composites Science and Technology, 70(14) (2010) 2093-2101. [17] D. Yang, J. Ye, Y. Tan, Y. Sheng, Modeling progressive delamination of laminated composites by discrete element method, Computational Materials Science, 50(3)(2011) 858-864. [18] A. Khattab, M. J. Khattak, I. M. Fadhil, Micromechanical discrete element modeling of fiber reinforced polymer composites, Polymer Composites, 32(10) (2011) 1532-1540. [19] M. J. Khattak, A. Khattab, Modeling tensile response of fiber‐reinforced polymer composites using discrete element method, Polymer Composites, 34(6) (2013) 877-886. [20] D. André, I. Iordanoff, J.-l. Charles, J. Néauport, Discrete element method to simulate continuous material by using the cohesive beam model, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 213–216 (2012) 113-125. [21] L. Maheo, F. Dau, D. André, J. L. Charles, I. Iordanoff, A promising way to model cracks in composite using Discrete Element Method, Composites Part B: Engineering, 71 (2015) 193-202. [22] B. D. Le, F. Dau, J. L. Charles, I. Iordanoff, Modeling damages and cracks growth in composite with a 3D discrete element method, Composites Part B: Engineering, 91 (2016) 615-630. [23] M. A. Ghasemi, S. R. Falahatgar, Damage initiation and propagation simulation of coatings in coating/ substrate structures under thermal loading using discrete element method, Modares Mechanical Engineering, 18(2018) 163-172 (in Persian). [24] M. A. Ghasemi, S. R. Falahatgar, Damage evolution in brittle coating/substrate structures under three-point bending using discrete element method, Surface and Coatings Technology, 358(2019) 567-576. [25] D. Yang, Y. Sheng, J. Ye, Y. Tan, Dynamic simulation of crack initiation and propagation in cross-ply laminates by DEM, Composites Science and Technology, 71(11)(2011) 1410-1418. [26] J. Rojek, E. Oñate, Multiscale analysis using a coupled discrete/finite element model, Interaction and Multiscale Mechanics, 1(1) (2007) 1-31. [27] F. A. Tavarez, M. E. Plesha, Discrete element method for modelling solid and particulate materials, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 70(4) (2007) 379-404. [28] Y. Feng, B. Danh Le, G. Koval, C. Chazallon, Discrete element approach in brittle fracture mechanics, Engineering Computations, 30(2) (2013) 263-276. [29] H. Mei, Y. Pang, R. Huang, Influence of interfacial delamination on channel cracking of elastic thin films, International Journal of Fracture, 148(4) (2008) 331. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 972 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 937 |
||