کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
7177397 1467025 2018 54 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Fracture toughness of soft materials with rate-independent hysteresis
ترجمه فارسی عنوان
چقرمگی شکست مواد نرم با هیسترزیس مستقل از سرعت
کلمات کلیدی
چقرمگی شکستگی، میدان نوک تیز جدایی، هیسترزیس، تاثیر مولینز،
ترجمه چکیده
چقرمگی شکست الاستومر های نرم یا ژل ها می تواند به طور قابل ملاحظه ای با معرفی مکانیزم های مختلف تجزیه انرژی در مواد فله ای افزایش یابد. تخلیه فله، که در هیسترزیس چرخه بارگیری-تخلیه ظاهر می شود، باعث تشکیل یک ناحیه تخلیه در اطراف نوک کرک شده می شود که بیشترین انرژی را که از طریق بارگذاری خارجی به وجود می آید، به وسیله بارگذاری خارجی بکار می برد تا راندگی ترک را افزایش دهد، به طور موثر افزایش سختی شکست. درک عمیق در مورد چگونگی تخریب انبساطی به چقرمگی شکست موجب پیش بینی پخش تکه در مواد نرم با هیسترزیزم قابل توجه می شود. با این حال، درک فعلی به دلیل سطح مکانیکی پیچیده غیرخطی درگیر در شکستگی مواد نرم، محدود به سطح کیفی یا تجربی است. این مقاله چارچوبی نظری را برای محاسبه انحلال انرژی همراه با انتشار ترک ارائه می دهد. برای نشان دادن کاربرد آن، ما بر روی انتشار تکه های حالت ایستا تمرکز می کنیم و یک سیستم مواد مدل با هیسترزیس مستقل با سرعت را بررسی می کنیم: جامد نئو هوکانی با اثر مولینز. ما روابط تحلیلی بین چقرمگی شکست و پارامترهای هیستریزینگ فله را تعیین می کنیم و کمی کاهش سختی شکست به دلیل پیش کشیدن را پیش بینی می کنیم. هر دو با نتایج عناصر محدود موافق هستند. چارچوب ارائه شده در اینجا می تواند به طیف گسترده ای از مواد نرم نرم استفاده شود، بنابراین ارائه یک ابزار نظری برای هدایت مهندسی مواد نرم با چقرمگی بالا.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه سایر رشته های مهندسی مهندسی مکانیک
پیش نمایش مقاله
چقرمگی شکست مواد نرم با هیسترزیس مستقل از سرعت
چکیده انگلیسی
The fracture toughness of soft elastomers or gels can be substantially enhanced by introducing various energy dissipation mechanisms into the bulk material. Bulk dissipation, manifested in the hysteresis of loading-unloading cycles, enables the formation of a dissipation zone around the crack tip that consumes most of the energy provided by the external loading to drive crack propagation, effectively increasing the fracture toughness. An in-depth understanding on how bulk dissipation contributes to fracture toughness is required to predict crack propagation in soft materials with significant hysteresis. However, the current understanding is limited to the qualitative or empirical level due to the complex nonlinear mechanics involved in soft material fracture. This paper presents a theoretical framework for calculating the energy dissipation associated with crack propagation. To demonstrate its utility, we focus on steady state crack propagation and consider a model material system with rate-independent hysteresis: a neo-Hookean solid with Mullins effect. We determine analytical relations between fracture toughness and the parameters governing bulk hysteresis, and quantitatively predict the reduction in fracture toughness due to pre-stretch. Both agree well with finite element results. The framework presented here can be applied to a broader range of dissipative soft materials, thus providing a theoretical tool to guide the engineering of soft materials with high toughness.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Journal of the Mechanics and Physics of Solids - Volume 118, September 2018, Pages 341-364
نویسندگان
, , ,