Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Doktori értekezés védése Heterogén anyagok károsodása és törése Témavezető: Dr. Kun Ferenc Debreceni Egyetem Fizikai Tudományok Doktori Iskola Halász Zoltán.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Doktori értekezés védése Heterogén anyagok károsodása és törése Témavezető: Dr. Kun Ferenc Debreceni Egyetem Fizikai Tudományok Doktori Iskola Halász Zoltán."— Előadás másolata:

1 Doktori értekezés védése Heterogén anyagok károsodása és törése Témavezető: Dr. Kun Ferenc Debreceni Egyetem Fizikai Tudományok Doktori Iskola Halász Zoltán A prezentáció elkészítését a TÁMOP-4.2.2/B-10/ számú projekt támogatta. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

2 A nagy célok... -Az anyagok realisztikus leírása -A mikroszerkezet és a feszültségtér kapcsolatának leírása -Az anyag,,előélete’’ és a mikroszkopikus szerkezet kapcsolatának feltárása -A statisztikus fizika alkalmazása, illetve alkalmazhatósága -Anyagfüggetlen leírás -Kísérleti adatok és szimulációk kiértékelése Realisztikus modellek Univerzális modellek Specifikus, de minél univerzálisabb sztochasztikus modellek kidolgozása: 1.A heterogén mikroszerkezet és a lokális mechanikai jellemzők reprezentációja 2.A rendszerek makroszkopikus válaszának és a válasz függése a mikroszkopikus paraméterektől. 3.A kapott eredményeket és a szakirodalomban található eredmények kapcsolata. 2/27 És a rideg valóság...

3 - Párhuzamos szálak elrendezve valamilyen rácson - Terhelés párhuzamos a szálakkal (nem rúdmodell!) - A Hooke-törvénynek megfelelő viselkedés (lineárisan rugalmas szálak) - A kölcsönhatás (a terhelés újraosztódásának) távolsága - Egyenletes újraosztódás (ELS) - Lokális újraosztódás (LLS) - A törési küszöbök valamilyen eloszlásból származnak A károsodás szálkötegmodellje E ϭ th ϭ ε th ε 3/27

4 A szálkötegmodell kiterjesztése: Szálas szerkezetű kompozitok 4/27 Kompozitok: - Beágyazó anyag - Szálak A szálak megcsúsznak, terhelésük lecsökken, pozíciójuk stabilizálódik... Csúszva – tapadás (Stick - slip)! A gyakorlatban nem ilyen egyszerű: A struktúra átrendeződése Erőláncok átrendeződése

5 A stick-slip mechanizmus szálkötegmodellje A szálat képessé kell tenni a többszöri megcsúszásra! A valóságban az „elemek” többszöri átrendeződésre képesek ϭ th ϭ ε3ε3 ε2ε2 ε1ε1 ε ϭ th2 ϭ ε3ε3 ε2ε2 ε ε1ε1 ϭ th3 ϭ th1 5/27

6 A csúszva – tapadás mechanizmusa 6/27 Fagyott rendezetlenség esetén: : Egy szál megcsúszásához tartozó feszültség-növekmény : a terhelés-növekedés által kiváltott hossznövekedés DE! Lehet valamit mondani a lavinák megjelenéséről?

7 7/27 A csúszva – tapadás mechanizmusa Deformáció-kontrollált eset! A szimulációk képesek a konstitutív görbe teljes hosszát végigjárni. Legyen a csúszási küszöbök eloszlása Weibull-eloszlás ! m: a csúszási küszöbök rendezetlenségének mértéke

8 „Kis” rendezetlenségű fázis „Nagy” rendezetlenségű fázis A csúszva – tapadás fázisdiagramja 8/27

9 Analitikusan megadható a lavina-méret eloszlás: Ha van kvadratikus maximum: De mi van akkor, ha nincs: 9/27 A csúszva – tapadás mikroszkopikus mechanizmusa F-J. Perez-Reche et al., PRL 101, (2008). (Driving-Induced Crossover: From Classical Criticality to Self-Organized Criticality) R.C.Hidalgo et al., PRE 80, (2009).

10 Tézispontok a stick – slip dinamika vizsgálata tárgyköréből 1.A klasszikus szálkötegmodell olyan kiterjesztését dolgoztam ki, amelynek segítségével lehetővé vált a külső terhelésre a csúszva – tapadás dinamikájával válaszoló rendszerek realisztikus vizsgálata. A modell újszerűsége a szálak egyedi viselkedésében rejlik: növekvő terhelés hatására a szálak egy véletlen terhelési küszöb elérésekor nem törnek el, hanem megcsúsznak, ezért újra képesek terhelés felvételére az eredeti rugalmassági modulusz megtartása mellett. A csúszási eseményt követően a az anyag lokálisan átstrukturálódhat, amit a modell a csúszási küszöbök változásával vesz figyelembe. 2.Analitikus számolásokkal és számítógépes szimulációkkal vizsgáltam a csúszva – tapadás mechanizmussal rendelkező rendszerek deformációjának és törésének mikroszkópikus dinamikáját. Z. Halasz and F. Kun, Fiber Bundle Model with stick-slip dynamics, Physical Review E (2009). Z. Halasz and F. Kun, Slip avalanches in a fiber bundle model, Europhysics Letters 89, 6008 (2010). Z. Halasz and F. Kun, Fiber Bundle Model with stick-slip dynamics, 3rd International Conference on Multiscale Material Modelling, Freiburg, Germany (2006). F. Kun, Z. Halasz and Zs. Danku, Slip avalanches in a fiber bundle model, 5th International Conference on Multiscale Material Modelling, Freiburg, Germany (2010). 10/27

11 Szubkritikus terhelés - A terhelés nem okoz azonnali törést - Két időskála: Gyors azonnali törés,,Lassú” egyéb folyamatok Makroszkopikusan - Megjósolhatatlan - Zajos Mikroszkopikusan - Repedés nukleáció (termikus) - Repedésterjedés - Relaxáció - Öngyógyulás (polimerek) Folyamatok versengése A szálkötegmodell kiterjesztése: Szubkritikus terhelés 11/27 Cél: Meghatározni, hogyan függ a szubkritikus törés a mikroszkopikus jellemzőktől!

12 1.Ha a szál terhelése nagyobb, mint a törési küszöb: A klasszikus modellből származó feltétel Ha a felhalmozódott károsodás nagyobb, mint a károsodási küszöb: Két esemény között: A teljes életidő alatt: 2. Károsodás-halmozódás a szálkötegmodellben A két törési küszöb származhat ugyanazon eloszlásból, de mivel függetlenek: A rendszer makroszkopikus válasza: 12/27 Klasszikus FBM! A modell újdonsága: Szálak törése károsodás-halmozódás miatt!

13 Klaszter-növekedés és fázisdiagram 1 13/27 Egy szál életideje: Hogyan lehet garantálni az egyklaszter fejlődést? 2 3

14 Mikroszkopikus jellemzők és törési zaj Egyenletes újraosztódás Lokális újraosztódás 14/27 Lavinaméret-eloszlásVárakozási idő-eloszlás T: Várakozási idő (két lavina között eltelt idő) E: Jelnagyság (az egy lavinában eltört elemek száma) Mi okozza a zajt? Nagyobb lavinák, de gyorsabb folyamat!

15 A model relevanciája A várakozásoknak megfelelően a model exponensei nagyságrendileg megegyeznek és,,valahol’’ a két határeset között vannak. Az igazság sem ELS, sem LLS! 15/27 *Analitikusan meghatározható A modell csupán két mikroszkopikus folyamatra lett leszűkítve, de tudjuk hogy sokkal több van! *Saját mérések

16 Tézispontok a szubkritikus terhelés tárgyköréből 3. A szálköteg modell keretében heterogén anyagok szubkritikus terhelés alatti viselkedését vizsgáltam figyelembe véve a mechanikai feszültség lokális újraosztódását a száltöréseket követően. Állandó nagyságú szubkritikus terhelés alatt időfüggő viselkedést az eredményez, hogy a még épen maradt terhelt elemek egy öregedési folyamaton mennek keresztül, ami károsodás - halmozódást okoz. Az átlagtér közelítésben végzett analitikus számítások és a számítógépes szimulációk azt mutatják, hogy a modell képes a szubkritikus rendszerek realisztikus leírására. 4. Számítógépes szimulációkkal vizsgáltam a kúszó törés mikroszkopikus dinamikáját. A sztohasztikus törési folyamat jellemzésére az időfejlődés mellett a repedések térbeli szerkezetét is elemeztem. F. Kun, Z. Halasz, S. Andrade Jr. and H. J. Herrmann, Crackling noise in sub-critical fracture of heterogenous materials, Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment, P01:21(15) (2009). Z. Halasz, G. Timar and F. Kun, The effect of disorder on crackling noise in fracture phenomena, Progress of Theoretical Physics Supplement 184, (2010). F. Kun, Z. Halasz and Zs. Danku, The competition of strength and stress disorder in creep rupture, Physical Review E 85, (2012). 16/27

17 Z. Halasz and F. Kun, Fiber Bundle Model with stick-slip dynamics, Physical Review E (2009). Z. Halasz and F. Kun, Slip avalanches in a fiber bundle model, Europhysics Letters 89, 6008 (2010). F. Kun, Z. Halasz, S. Andrade Jr. and H. J. Herrmann, Crackling noise in sub-critical fracture of heterogenous materials, Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment, P01:21(15) (2009). Z. Halasz, G. Timar and F. Kun, The effect of disorder on crackling noise in fracture phenomena, Progress of Theoretical Physics Supplement 184, (2010). F. Kun, Z. Halasz and Zs. Danku, The competition of strength and stress disorder in creep rupture, Physical Review E 85, (2012). Z. Halasz and F. Kun, Fiber Bundle Model with stick-slip dynamics, 3rd International Conference on Multiscale Material Modeling, Freiburg, Germany (2006). F. Kun, Z. Halasz and Zs. Danku, Slip avalanches in a fiber bundle model, 5th International Conference on Multiscale Material Modeling, Freiburg, Germany (2010). Referált közlemények

18

19 13/27 Mennyire tipikus ez a viselkedés?

20 A szöveges válaszokból, illetve a magyarázatokból nem egyértelmű, hogy az 5.6 ábrán bemutatott gyakorlati példákat melyik elvi ábrákkal kell összehasonlítani? (a)Titin óriásmolekula „szakítódiagramja” (b)Burridge-Knopoff modell deformáció-idő diagramja

21 A fázisátalakulásnak nevezett jelenség előfordulhat-e egy adott anyagkombináció esetén? Pl. Az adott kompozitban az erősítő szálak arányának változtatásával át lehet-e lépni egyik fázistérből a másikba? R.C.Hidalgo et al., Universality classs of fiber bundles with strong heterogenity, EPL 81, (2008).

22 Az 5.4-es ábrán látható, hogy az analitikusan meghatározott konstitutív görbékkel le lehet írni azt az esetet is, amikor a szálak a maximális csúszás elérésekor eltörnek, és nem végtelen teherbírású elemként viselkednek. Hogyan néz ki ebben az esetben a lavinák méreteloszlása? Ebben az esetben is megadható-e fázisdiagram? Ha a szálak eltörnek:


Letölteni ppt "Doktori értekezés védése Heterogén anyagok károsodása és törése Témavezető: Dr. Kun Ferenc Debreceni Egyetem Fizikai Tudományok Doktori Iskola Halász Zoltán."

Hasonló előadás


Google Hirdetések