Azizi, Reza

En generel metode til at finde det homogeniserede respons af metal-matrix kompositter er udviklet. Det antages, at den mikroskopiske skala er tilstrækkelig lille sammenlignet med den makroskopiske skala, s˚aledes at makro-responset ikke påvirker den mikro-mekaniske model. Mikroskalaen kan da analyseres ved hjælp af et Repræsentativt Volumen Element (RVE), hvor homogeniserede data gemmes og bruges som input til makroskalaen. Afhængigheden af fiberstørrelsen i materialet analyseres ved hjælp af en højere ordens plasticitetsteori, hvor oplagring af fri energi som følge af plastiske tøjningsgradienter på mikrometerskala er inkluderet. Hill-Mandels energiprincip benyttes til at finde makroskopiske operatorer baseret på mikromekaniske analyser, udført ved hjælp af finite element metoden under generaliseret plan tøjning. En makroskopisk fænomenologisk model for metal-matrix kompositter udvikles ved hjælp af konstitutive operatorer, som beskriver den elastiske opførsel og den frie energi i materialet, såvel som den plastiske opførsel gennem en flydeflade og dennes anisotrope udvikling. Det er vist, at en generalisering af Hill’s anisotrope flydekriterium kan anvendes til at beskrive Bauschinger effekt, samt tryk- og størrelsesafhængighed. Udviklingen af den makroskopiske flydeflade som følge af deformationer er undersøgt, herunder både anisotrop hærdning (udvidelse af flydefladen), samt kinematisk hærdning (translation af flydefladen). Den kinematiske hærdningslov beskrives på baggrund af den oplagrede frie energi i materialet som følge af plastisk deformation. De fundne makroskopiske operatorer kan benyttes til at modellere metal-matrix kompositter på makroskopisk skala ved hjælp af hierarkisk multi-skala modellering. Til sidst er skade under træk- og tværbelastning studeret ved hjælp af en kohæsiv lov for interfacet mellem matrix- og fibermateriale.A general method to obtain the homogenized response of metal-matrix composites is developed. It is assumed that the microscopic scale is sufficiently small compared to the macroscopic scale such that the macro response does not affect the micromechanical model. Therefore, the microscopic scale is analyzed using a Representative Volume Element (RVE), while the homogenized data are saved and used as an input to the macro scale. The dependence of fiber size is analyzed using a higher order plasticity theory, where the free energy is stored due to plastic strain gradients at the micron scale. Hill-Mandel’s energy principle is used to find macroscopic operators based on micro-mechanical analyses using the finite element method under generalized plane strain condition. A phenomenologically macroscopic model for metal matrix composites is developed based on constitutive operators describing the elastic behavior and the trapped free energy in the material, in addition to the plastic behavior in terms of the anisotropic development of the yield surface. It is shown that a generalization of Hill’s anisotropic yield criterion can be used to model the Bauschinger effect, in addition to the pressure and size dependence. The development of the macroscopic yield surface upon deformation is investigated in terms of the anisotropic hardening (expansion of the yield surface) and kinematic hardening (translation of the yield surface). The kinematic hardening law is based on trapped free energy in the material due to plastic deformation. The macroscopic operators found, can be used to model metal matrix composites on the macroscopic scale using a hierarchical multi-scale approach. Finally, decohesion under tension and shear loading is studied using a cohesive law for the interface between matrix and fiber

Online Research Database In Technology

Multi-scale modeling of composites

http://orbit.dtu.dk/ws/files/6320075/S135%20Reza%20Azizi.pdf

Multi-scale modeling of composites

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Online Research Database In Technology