Numerical modelling of mechanical behaviour of model brittle porous materials | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2013. № 5(25).

Numerical modelling of mechanical behaviour of model brittle porous materials

To describe the mechanical response of brittle porous material mesovolumes, the evolutionary approach was applied with considering them as nonlinear dynamic systems. The nonlinear constitutive equations describe damage accumulation and their impact on the degradation of the strength properties of the elastic frame. In the framework of hierarchical modelling, the mesoscale porosity is taken into account explicitly while the smaller pores are taken into consideration integrally as a damage measure. This small scale damage enters in the constitutive equations as dilatancy, including that of the shear nature. Two types of morphology of model porous structures are considered: overlapping spherical pores and overlapping spherical solids. The obtained results of numerical simulation reveal little influence of pore morphology on the characteristics of damage in the frame. The averaged stress-strain diagram appears to be sensitive not only to the value of porosity but also to the pore morphology. The strength limit has a similar dependence.

Download file
Counter downloads: 420

Keywords

хрупкие пористые материалы, напряженно-деформированное состояние, поврежденность, разрушение, влияние структуры, морфология пор, brittle porous materials, stress-strain state, damage, fracture, structure effect, pore morphology

Authors

NameOrganizationE-mail
Smolin Igor YurievichInstitute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; Tomsk State Universitysmolin@ispms.tsc.ru
Eremin Mikhail OlegovichTomsk State Universitybacardi@sibmail.com
Makarov Pavel VasilievichTomsk State University; Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciencespvm@ispms.tsc.ru
Buyakova Svetlana PetrovnaTomsk State University; Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciencessbuyakova@ispms.tsc.ru
Kulkov Serguey NikolayevichTomsk State University; Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Scienceskulkov@ispms.tsc.ru
Evtushenko Eugenii PavlovichInstitute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Scienceseugene@ispms.tsc.ru
Всего: 6

References

Wilkins M.L. Computer Simulation of Dynamic Phenomena. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 1999. 246 p.
Буякова С.П., Кульков С.Н., Масловский В.И. Структура, фазовый состав и механическое поведение керамики на основе диоксида циркония // Вестник Томского государственного университета. Бюллетень оперативной научной информации. 2003. № 13. С. 28-34.
Гарагаш И.А., Николаевский В.Н. Неассоциированные законы течения и локализации пластической деформации // Успехи механики. 1989. Т. 12. № 1. С. 131-183.
Макаров П.В., Смолин И.Ю., Стефанов Ю.П. и др. Нелинейная механика геоматериалов и геосред. Новосибирск: Академич. изд-во «Гео», 2007. 235 с.
Буякова С.П., Кульков С.Н. Фазовый состав и особенности формирования структуры в нанокристаллическом Zr02 // Российские нанотехнологии. 2007. Т. 2. № 1-2. С. 119- 132.
Макаров П.В., Еремин М.О. Модель разрушения хрупких и квазихрупких материалов и геосред // Физич. мезомех. 2013. Т. 16. № 1. С. 5-26.
Костандов Ю.А., Макаров П.В., Еремин М.О. и др. О разрушении хрупких тел с трещиной при сжатии // Прикладная механика. 2013. Т. 49. № 1. С. 124-132.
Макаров П.В. Математическая теория эволюции нагружаемых твердых тел и сред // Физич. мезомех. 2008. Т. 11. № 3. С. 19-35.
Макаров П.В. Эволюционная природа деструкции твердых тел и сред // Физич. мезо-мех. 2007. Т. 10. № 3. С. 23-38.
Смолин А.Ю., Коноваленко Иг.С., Кульков С.Н., Псахье С.Г. Моделирование разрушения хрупких пористых сред с различной внутренней структурой // Изв. вузов. Физика. 2006. Т. 49. № 3. С. 70-71.
Коноваленко Иг.С., Смолин А.Ю., Коростелев С.Ю., Псахье С.Г. О зависимости макроскопических упругих свойств пористых сред от параметров стохастического пространственного распределения пор // ЖТФ. 2009. Т. 79. Вып. 5. С. 155 - 158.
Скрипняк В.А., Скрипняк Е.Г., Козулин А.А. и др. Влияние поровой структуры хрупкой керамики на разрушение при динамическом нагружении // Известия Томского политехнического университета. 2009. Т. 315. № 2. С. 113 - 117.
Скрипняк Е.Г., Скрипняк В.А., Кульков С.С. и др. Моделирование механического поведения керамических композитов с трансформационно-упрочненной матрицей при динамических воздействиях // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика.
Кондауров В.И. Механика и термодинамика насыщенной пористой среды. М.: МФТИ, 2007. 310 с.
Roberts A. Garboczi E. Elastic properties of model porous ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 2000. V. 83. № 12. P. 3041 - 3048.
Torquato S. Random Heterogeneous media: microstructure and improved bounds on elastic properties // Appl. Mech. Rev. 1991. V. 44. P. 37 - 76.
Bruno G., Efremov A.M., Levandovskyi A.N., Clausen B. Connecting the macro- and microstrain responses in technical porous ceramics: modeling and experimental validations // J. Mater. Sci. 2011. V. 46. P. 161 - 173.
 Numerical modelling of mechanical behaviour of model brittle porous materials | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2013. №  5(25).

Numerical modelling of mechanical behaviour of model brittle porous materials | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2013. № 5(25).

Download full-text version
Counter downloads: 1213