یک روش چند مقیاس XFEM برای ارزیابی رفتار شکستگی مواد ترکیبی الهام گرفته زیستی
چکیده
در تنظیمات روش های نو ظهور در طراحی مواد، ما استفاده از روش المان محدود توسعه یافته (XFEM) را بررسی می کنیم تا رفتار ترکیب های تقویت شده با فیبر با الهام از استخوان های زیستی را بررسی کرده و تاثیر آن را بر روی شکستگی بررسی کنیم. خروجی شبیه سازی ها نشان دهنده ی تطابق خوب با نتایج آزمایشی می باشد و نشان دهنده ی نقش کلیدی است که توسط ریز ساختار های ناهمگن در تغییر میدان تنش ایجاد می شود و ترمرکز تنش در نوک ترک را تغییر می دهد و ما همچنین نقش بحرانی سطح مشترک ( یعنی خط سیمان) را در ایجاد فعال سازی مکانیزم های سفت شدگی استخوان بررسی می کنیم تا بتوانیم تحمل کلی شکست این ترکیب ها را بررسی کنیم.
1. مقدمه
مواد معدنی که طول میلیون ها سال تکامل یافته و به حالت بهینه ی خودشان رسیده اند، حالا به عنوان مدل هایی برای طراحی های ایده آب در نظر گرفته می شوند که این طراحی ها باید به صورت همزمان سبک وزن، سفت، قوی و محکم باشند. نمونه هایی از این مواد معدنی را می توان در استخوان ها مشاهده کرد که یک پشتیبان برای بدن بسیاری از حیوانات ، صدف مروارید و صدف دریایی و نرم تنان ایجاد کرده و به عنوان محافظ های طبیعی بدن عمل کرده و از آن ها مقابل حمله ی شکارچی های خارجی محافظت می کنند ؛ حتی ساختار های بامبو که گرادیان ساختاری آن ها تضمین کننده ی یک تصلب تثبیت شده ی تقویت شده می باشد، نسبت به عبور باد و گرانش مقاومت می کند. این مواد بسیار قدیمی اما بسیار شگفت انگیز، الگویی از ترکیب های ساختاری طبیعی هستند که از مواد تشکیل دهنده ی مشابه ایجاد می شوند و از طریق طراحی های پیچیده ای که دارند، یک ترکیب خاص از ویژگی های مکانیکی را ایجاد می کنند و می توانند تمام توازن های ایجاد شده توسط مواد مهندسی ترکیبی را فراهم کنند.
Abstract
In the setting of emerging approaches for material design, we investigate the use of the extended finite element method (XFEM) to predict the behavior of a newly designed bone-inspired fiber-reinforced composite and to elucidate the role of the characteristic microstructural features and interfaces on the overall fracture behavior. The outcome of the simulations, showing a good agreement with the experimental results, reveals the fundamental role played by the heterogeneous microstructure in altering the stress field, reducing the stress concentration at the crack tip, and the crucial role of the interface region (i.e. cement line) in fostering the activation of characteristic toughening mechanisms, thus increasing the overall flaw tolerance of the composite.
1. Introduction
Optimized for billions of years, many natural materials are considered today models of ideal design, being simultaneously lightweight, stiff, strong and tough. Examples are bone, which provides supports to many animal bodies, nacre and seashells, working as natural body armors and providing protection from external predators’ attacks, bamboo, whose gradient structure guarantees an augmented flexural rigidity, enabling protection from crosswind and gravity. Ancient but ever-intriguing, these materials are paradigms of natural structural composites, made of few universal constituents and achieving - through a sophisticated design – a unique combination of mechanical properties, bypassing the tradeoff faced by synthetic engineering materials [1]. Traditional structural materials, indeed, continuously face a typical engineering issue of satisfying both strength and toughness requirements. For instance, ceramics provide high strength with a low toughness, whereas steel and metals have high toughness and a limited strength. Composites often represent a good compromise, being lightweight and stiff and offering a good balance with strengthtoughness [2].
چکیده
1. مقدمه
2. مدل محاسباتی
2.1 مدل هندسی
2.2 تحلیل های عددی و ویژگی های مواد
3. نتایج و مباحث
نکات جمع بندی
Abstract
1. Introduction
2. Computational model
2.1. Model geometry
2.2. Numerical analyses and material properties
3. Results and discussion
4. Concluding remarks
- اصل مقاله انگلیسی با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه