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-10/1-2010-0024 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, 230601 (2008). (Driving-Induced Crossover: From Classical Criticality to Self-Organized Criticality) R.C.Hidalgo et al., PRE 80, 051108 (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 80. 7102 (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, 385-399 (2010). F. Kun, Z. Halasz and Zs. Danku, The competition of strength and stress disorder in creep rupture, Physical Review E 85, 016116 (2012). 16/27

17 Z. Halasz and F. Kun, Fiber Bundle Model with stick-slip dynamics, Physical Review E 80. 7102 (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, 385-399 (2010). F. Kun, Z. Halasz and Zs. Danku, The competition of strength and stress disorder in creep rupture, Physical Review E 85, 016116 (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, 54005 (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