- Tytuł:
-
Analysis of the stress concentration in the nanomultilayer coatings based on digital representation of the structure
Numeryczna analiza koncentracji naprężeń w wielowarstwowych nanopowłokach na bazie cyfrowej reprezentacji materiału - Autorzy:
-
Perzyński, K.
Major, Ł.
Madej, Ł.
Pietrzyk, M. - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/351065.pdf
- Data publikacji:
- 2011
- Wydawca:
- Polska Akademia Nauk. Czytelnia Czasopism PAN
- Tematy:
-
automaty komórkowe (CA)
TEM
nanomateriał
XFEM
cellular automata (CA)
layers depositions
nanomaterials - Opis:
-
Investigation of the stress concentration in the nanomultilayer materials under exploitation conditions is the main objective of the work. During loading a failure can initiate and propagate, which have important impact on material strength and reliability. This is of importance when materials for biological applications are considered. Special features of the investigated material, including irregular shape of the boundaries and columnar structure of these layers lead to growth of local stresses in the material and may be responsible for mentioned instabilities. To capture this behavior during numerical modeling an innovative solutions are required. Authors propose numerical simulation, which combines algorithms of the deposition process for realistic digital material representation of coatings and finite element (FE) approach for modeling of material behavior under loading. Algorithm of the deposition process is implemented using the cellular automata (CA) approach. Based on the developed model, a simple plastometric compression tests are simulated to analyze stress distribution in the material and possibility of failure initiation. These results are compared qualitatively with experimental data, including ball-on-test and transmission electron microscope (TEM) observation. Obtained results are the basis for development of a numerical model for fracture propagation with adopted extended finite element method (XFEM).
Głównym celem pracy jest zaproponowanie podejścia numerycznego umożliwiającego analizę koncentracji naprężeń w materiałach o strukturze nanowarstwowej przeznaczonych dla bioinżynierii. Jest to szczególnie istotne w przypadku prowadzenia analizy zachowania się materiałów w warunkach eksploatacji ponieważ umożliwia zlokalizowanie miejsc szczególnie narażonych na uszkodzenia. Do przeprowadzenia szczegółowej analizy numerycznej konieczne jest uwzględnienie typowych cech nanowarstwowego materiału np. nieregularnego kształtu granicy pomiędzy warstwami. W tym celu Autorzy zastosowali model MES sprzężony z jawną reprezentacją mikrostruktury i automatami komórkowym (CA). Model na bazie CA uwzględnia wspomniane specyficzne cechy analizowanych materiałów. W pracy przedstawiono algorytm generowania cyfrowej reprezentacji nanowarstw oraz wyniki symulacji z wykorzystaniem opracowanego modelu numerycznego dla warstw bez uwzględnienia chropowatości granicy międzywarstwowej, jak i z jej uwzględnieniem. Uzyskane wyniki w formie rozkładów naprężeń stały się podstawą do opracowania modelu procesu pękania w analizowanych materiałach z wykorzystaniem metody eXtended Finite Element Method (XFEM). Przykłady uzyskanych wyników również zamieszczono w niniejszej pracy. - Źródło:
-
Archives of Metallurgy and Materials; 2011, 56, 2; 393-399
1733-3490 - Pojawia się w:
- Archives of Metallurgy and Materials
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł