A Direct Approach for Hypersingular Integral Evaluation in 3-D B.E.M.

Ministerio de Ciencia y Tecnología PB96-1380Ministerio de Ciencia y Tecnología PB96-1322-C03-0

Una solución numérica eficiente para problemas dinámicos de mecánica de la fractura

XIV Congreso nacional de Ingeniería Mecánica, celebrado en Leganés en 2000Los problemas de Mecánica de la Fractura pueden estudiarse usando la formulación clásica de elementos de contorno combinada con la subdivisión del dominio por medio de contornos internos artificiales que no están únicamente definidos. La necesidad de emplear subregiones desaparece cuando se combinan la ecuación integral clásica y la ecuación integral en tracciones. Una de las principales dificultades que se derivan del uso de la representación integral de las tracciones es la evaluación de las integrales hipersingulares. En este trabajo las integrales hipersingulares se transforn1an analíticamente en integrales regulares que pueden evaluarse numéricamente. Se presenta la formulación e implementación efectiva de esta formulación mixta para problemas dinámicos armónicos tridimensionales de Mecánica de la Fractura. Se utiliza por primera vez la representación integral tridimensional de las tracciones para problemas de este tipo. Los ejemplos numéricos muestran la eficacia del modelo propuesto. Los resultados se comparan con los obtenidos por otros autores utilizando diferentes procedimientos.Ministerio de Educación y Cultura PB96-l 380Ministerio de Educación y Cultura PB96-l 322-C03-0

Análisis numérico de problemas tridimensionales de mecánica de la fractura

XII Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica, celebrado en Bilbao en 1997El Método de los Elementos de Contorno se ha revelado en los últimos quince años como una de las herramientas más eficaces ( quizás la que más) para la resolución de problemas de Mecánica de la Fractura Elástica Lineal. Se presenta aquí un elemento de contorno singular con nodo a un cuarto que permite evaluar de manera muy sencilla y precisa Factores de Intensidad de Tensión en problemas tridimensionales de Mecánica de la Fractura. Para poder formular este elemento se ha desarrollado un procedimiento específico de integración que evita de una manera natural las singularidades de los núcleos de integración resultando muy sencillo y fiable el proceso de evaluación numérica de las integrales. Se han resuelto varios problemas tridimensionales a modo de ejemplo y se comprueba que los valores de los Factores de Intensidad de Tensión calculados son muy precisos

Deformation-diffusion coupled analysis of long-term hydrogen diffusion in nanofilms

The absorption and desorption of hydrogen in nanomaterials can be characterized by an atomic, deformation-diffusion coupled process with a time scale of the order of seconds to hours. This time scale is beyond the time windows of conventional atomistic computational models such as molecular dynamics (MD) and transition state theory based accelerated MD. In this paper, we present a novel, deformation-diffusion coupled computational model basing on non-equilibrium statistical mechanics, which allows long-term simulation of hydrogen absorption and desorption at atomic scale. Specifically, we propose a carefully designed trial Hamiltonian in order to construct our meanfield based approximation, then apply it to investigate the palladium-hydrogen (Pd-H) system. Specifically, here we combine the meanfield model with a discrete kinetic law for hydrogen diffusion in palladium nanofilms. This combination in practice defines the evolution of hydrogen atomic fractions and lattice constants, which facilitates the characterization of the deformation-diffusion process of hydrogen over both space and time. Using the embedded atom model (EAM) potential, we investigate the deformation-diffusion problem of hydrogen desorption and absorption in palladium nanofilms and compare our results with experiments both in equilibrium and non-equilibrium cases

Atomistic-scale model for the numerical analysis of the hydrogen diffusion on magnesium alloys

Las aleaciones estructurales de magnesio (Mg) ofrecen propiedades deseables como baja densidad, maquinabilidad y alta resistencia específica. Estas propiedades hacen que dichas aleaciones sean ventajosas para su uso en muchas aplicaciones estructurales, pero también para aplicaciones como material de almacenamiento de hidrógeno debido al coste favorable y a las altas densidades gravimétrica y volumétrica del hidrógeno. Sin embargo, la susceptibilidad de las aleaciones de Mg a los fenómenos de fragilización por hidrógeno puede dar lugar a una baja ductilidad y tenacidad a temperatura ambiente, pudiendo dificultar sus aplicaciones potenciales. Para ello, se propone un marco teórico para la simulación de la difusión de hidrógeno en Mg basado en cálculos atomísticos utilizando Dinámica Molecular Difusiva (DMD) que nos permita estudiar el comportamiento del magnesio y sus hidruros en diferentes condiciones de presión-temperatura. Nuestro modelo resuelve un problema acoplado Termo-Chemo-Mecánico (TMC) mediante un esquema escalonado. Por un lado, la parte termo-mecánica considera un potencial ADP termalizado que es el más adecuado para modelar la transición de fase del Mg (bcc↔hcp) causada por la formación de MgH₂ a temperatura finita. Finalmente, el problema químico, que rige la evolución temporal, se resuelve mediante una ecuación de difusión calibrada con información macroscópica.Magnesium (Mg) structural alloys offer desirable properties such as low density, machinability, and high specific strength. These properties make Mg alloys advantageous for use in many structural applications but also for applications as a hydrogen storage material due to the favorable cost and high gravimetric and volumetric densities of hydrogen. However, the susceptibility of Mg alloys to hydrogen embrittlement phenomena can lead to low ductility and low fracture toughness at room temperature, which may hinder their potential applications. Therefore, information about the behavior of magnesium and its hydrides under different pressure-temperature conditions is highly required. A theoretical framework for the simulation of hydrogen diffusion in Mg based on fully atomistic calculations using the Diffusive Molecular Dynamics (DMD) is proposed. Our model consists of the resolution of a Thermo-ChemoMechanical (TMC) coupled problem solved thorough a staggered scheme. On the one hand, the thermomechanical part considers a thermalized Angular Dependent Potential (ADP) which is best suited to model the phase transition of Mg (bcc↔hcp) caused by the formation of MgH₂ at finite temperature. And, on the other hand, the chemical problem, which drives the time evolution, is solved by a diffusion equation calibrated with macroscopic information

Stability of asymmetric grain boundaries in graphene

In the field of electronics, due to its excellent mechanical and electrical properties, graphene has become the most promising material for the production of next generation thin and flexible graphene-based electronic components. In this work, we present an assessment of the thermal stability and dynamics of asymmetric grain boundaries in graphene for different misorientation angles at finite temperature and up to extremely high temperatures. In particular, we have focused on configurations with misorientation angle of 16.1◦ , 30◦ and 38.2◦ . In contrast to pristine defect-free graphene, which has no band-gap and therefore is of limited use for semiconductor-based electronics, it has been shown theoretically that line defects in graphene might insert transport gaps, opening up the possibility of device applications based on the structural engineering of graphene boundaries

Time harmonic and static crack problems in 3-D transversely isotropic bodies

Boundary Elements XXVI, ISBN 1-85312-708-6Three dimensional crack problems in transversely isotropic solids under static and time harmonic dynamic loading conditions are studied in this paper using a mixed BE approach. Hypersingular and strongly singular kernels appearing in the formulation are regularized prior to any discretization. Two different crack geometries are studied. Stress Intensity Factors are computed from the crack opening displacements at quarter-point quadratic elements. The results obtained in this paper show a good agreement with other results. The number of elements required is rather small.Ministerio de Ciencia y Tecnología DPI2000-1217-C02-01Ministerio de Ciencia y Tecnología DPI2001-2377-C02-0

Estudio numérico de grietas en sólidos 3-D transversalmente isótropos

XVI Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica, celebrado en León en 2004En este artículo se presentan resultados de problemas de Mecánica de la Fractura dinámica armónica en materiales transversalmente isótropos. Estos resultados han sido obtenidos mediante la aplicación de la formulación mixta del Método de los Elementos de Contorno desarrollada por los autores. Dicha formulación permite que tan solo sea necesario discretizar la superficie de la grieta y el contorno externo del problema. La formulación se valida mediante la comparación de algunos resultados con los obtenidos por otros autores. Posteriormente se resuelven otros problemas de gran interés pero más complicados para los que no existe solución previa conocida por los autoresResults for severa! problems of time harmonic Fracture Mechanics in transversely isotropic solids are presented in this paper. A Mixed Boundary Element Formulation developed by the authors has been used in order to obtain these results. Only the crack surface and the externa! boundary need to be discretized. Results obtained for sorne simple problems are compared with those obtained by other authors. Then, other interesting and more complex problems, for which no previous results are known by the authors, are solved.Ministerio de Ciencia y Tecnología DPI2000-12l 7-C02-0lMinisterio de Ciencia y Tecnología DPI2001-2377-C02-0

Analysis of the tensile fracture properties of ultra-high-strength fiber-reinforced concrete with different types of steel fibers by X-ray tomography

This study is concerned with the analysis of the tensile properties of an ultra-high-strength fiber-reinforced concrete manufactured with short and long steel fibers. The analysis involve using different techniques - from mechanical tests to X-ray computed tomography - to relate the observed variation of the mechanical properties of the mixes with their porosity. A comprehensive study of the porosity distribution was conducted on the basis of the analysis of X-ray computed tomography images and porosimetry. The study shows the influence of the type of fiber used in the reinforcement on the pore size and distribution of the concrete matrix and consequently on its tensile properties. The tensile properties are obtained with an inverse analysis method available in the literature that yielded the first-cracking tensile strength (f t ) and the ultimate tensile strength (f tu ) and related with the inner structure of the concrete matrix. Our results prove that the tensile properties, especially the first-cracking strength, vary depending on the fibers used. These findings help mix designers make a decision about the type of fibers that should be used when a high first-cracking tensile strength is needed and make it possible to quantify the effect of the fiber.Ministerio de Economía y competitividad BIA2016-75431-RMinisterio de Economía y Competitividad DPI2015-66534-RAcademia de Ciencias de la República Checa 16-18702

Steric Interference in Bilayer Graphene with Point Dislocations

We present evidence of strong steric interference in bilayer graphene containing offset point dislocations. Calculations are carried out with Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS) using the Long-Range Carbon Bond-Order Potential (LCBOP) potential of Los et al.. We start by validating the potential in the harmonic response by comparing the predicted phonon dispersion curves to experimental data and other potentials. The requisite force constants are derived by linearization of the potential and are presented in full form. We then continue to validate the potential in applications involving the formation of dislocation dipoles and quadrupoles in monolayer configurations. Finally, we evaluate a number of dislocation quadrupole configurations in monolayer and bilayer graphene and document strong steric interactions due to out-of-plane displacements when the dislocations on the individual layers are sufficiently offset with respect to each other.Consejería de Economía, Innovación, Ciencia y Empleo de la Junta de Andalucía P12-TEP-850Ministerio de Economía y Competitividad DPI2015-66534-