In this paper we develop a fully anisotropic pressure and temperature dependent model to investigate the effect of the microstructure on the shock response of ${\beta}$-HMX molecular single and polycrystals. This micromechanics-based model can account for crystal orientation as well as crystallographic twinning and slip during deformation and has been calibrated using existing gas gun data. We observe that due to the high degree of anisotropy of these polycrystals, certain orientations are more favorable for plastic deformation - and therefore defect and dislocation generation - than others. Loading along these directions results in highly localized deformation and temperature fields. This observation confirms that most of the temperature rise during high rates of loading is due to plastic deformation or dislocation pile up at microscale and not due to volumetric changes.
The effective Young’s modulus of a microfibril surrounded by water may be simply calculated by using the upper (Voigt) and lower (Reuss) bounds, which is one way to estimate the Young’s modulus in composite materials. The Steered Molecular Dynamics (SMD) has been used for estimating the Young’s modulus of a microfibril surrounded by water. In this paper, the result estimated by the upper (Voigt) and lower (Reuss) bounds shows 9.2% to 21.8% discrepancy from the result estimated by SMD, but introducing “efficiency of reinforcement parameter” removes the discrepancy and shows good agreement with the result estimated by SMD. We found the best fit for the Young’s modulus against the size of the gap between microfibrils. Also the steps using these bounds are much simpler than SMD.
세라믹/금속기지 복합재료에서 횡방향의 단축인장하중을 받는 경우, 복합재료의 특성에 관한 시뮬레이션 결과이다. 세라믹과 금속기지간 계면에 강한 결합이 존재하는 복합재와, 계면에서의 결합이 약한 복합재의 두 경우에 대하여 횡방향 평균응력과 평균변형율에 대한 관계를 계산하였다. 복합재료의 미시역학적개념과 유한요소해석법을 적용하여 세라믹체적분율의 변화에 따라 각기 해석되었다. 본 연구에서 계산된 횡방향 탄성계수는 문헌에 알려져 있는 미시역학개념으로 유도된 식에 의한 횡방향탄성계수값과 잘 일치되었다. 계면에서 강한 결합이 있는 복합재와는 달리, 약한 결합의 복합재는 인장하중에 의하여 세라믹/금속계면에서 금속재료와 세라믹간의 분리가 발생된다. 이 분리는 전체복합재의 강성을 감소시키며, 금속의 부피분율이 감소될수록 (즉, 세라믹의 부피분율이 증가할수록) 횡방향 평균응력의 평균변형율에 대한 감소로 나타났다. 미시역학의 개념을 적용한 유한요소해석기법을 통하여, 이미 알고 있는 복합재 각 성분의 특성으로부터 복합재료의 계면특성과 횡방향특성을 예측할 수 있다.
In particle or short-fiber reinforced composites, cracking of the reinforcements is a significant damage mode because the cracked reinforcements lose load carrying capacity. This paper deals with an incremental damage theory of particle or short-fiber reinforced composites. The composite undergoing damage process contains intact and broken reinforcements in a matrix. To describe the load carrying capacity of cracked reinforcement, the average stress of cracked ellipsoidal inhomogeneity in an infinite body as proposed in the previous paper is introduced. An incremental constitutive relation on particle or short-fiber reinforced composites including progressive cracking of the reinforcements is developed based on Eshelby's (1957) equivalent inclusion method and Mori and Tanaka\`s (1973) mean field concept. Influence of the cracking damage on the stress-strain response of composites is demonstrated.
A computer simulation has been performed for the application to the elastoplastic stress analysis in a discontinuous composite solid. To obtain the internal field quantities of composite the micromechanics analysis and finite element analysis (FEA) were implemented. As the procedure the reasonably optimized FE mesh generations the appropriate imposition of boundary condition and the relevant postprocessing such as elastoplastic thermomechanical analysis were taken into account. For the numerical illustration an aligned axisymmetric single fiber model has been employed to assess field quantities. It was found that the proposed simulation methodology for stress analysis is applicable to the complicated inhomogeneous solid for the investigation of micromechanical behavior.
In particle or short-fiber reinforced composites. cracking of the reinforcements is a significant damage mode because the broken reinforcements lose load carrying capacity. This paper deals with the load carrying capacity of intact and broken ellipsoidal inhomogeneities embedded in an infinite body and a damage theory of particle or short-fiber reinforce composites. The average stress in the inhomogeneity represents its load carrying capacity. and the difference between the average stresses of the intact t and broken inhomogeneities indicates the loss of load carrying capacity due to cracking damage. The composite in damage process contains intact and broken reinforcements in a matrix. An incremental constitutive relation of particle or short-fiber reinforced composites including the progressive cracking damage of the reinforcements have been developed based on the Eshelby's equivalent inclusion method and Mori and Tanaka's mean field concept. Influence of the cracking damage on the stress-strain response of the composites is demonstrated.
In this paper presents bending characteristic of single wall carbon nanotube reinforced functionally graded composite (SWCNTRC-FG) plates. The finite element implementation of bending analysis of laminated composite plate via well-established higher order shear deformation theory (HSDT). A seven degree of freedom and $C^0$ continuity finite element model using eight noded isoperimetric elements is developed for precise computation of deflection and stresses of SWCNTRC plate subjected to sinusoidal transverse load. The finite element implementation is carried out through a finite element code developed in MATLAB. The results obtained by present approach are compared with the results available in the literatures. The effective material properties of the laminated SWCNTRC plate are used by Mori-Tanaka method. Numerical results have been obtained with different parameters, width-to-thickness ratio (a/h), stress distribution profile along thickness direction, different SWCNTRC-FG plate, boundary condition, through the thickness (z/h) ratio, volume fraction of SWCNT.
The methodology of micromechanical finite element method (MFEM) is proposed to calculate the micromechanical strains on fiber and matrix under mechanical and thermal loadings. For micromechanical analysis, composite structure is idealized the square and hexagonal unit cells. Boundary conditions are determined to calculate the effective material properties of composites and the strain magnification matrix. And they are verified by comparing with the results from multi cells, and the strain distributions of the unit cells are in accordance with those of the multi cells. Finally, the effective material properties of composite structure are obtained with respect to its fiber volume fraction and compared with results from rules-of-mixture.
Functionally graded materials(FGMs) involve dual-phase graded layers in which two different constituents are mixed continuously and functionally according to a given volume fraction. For the analysis of their thermo-mechanical response, conventional homogenized methods have been widely employed in order to estimate equivalent material properties of the graded layer. However, such overall estimations are insufficient to accurately predict the local behavior. In this paper, we compare the thermo-elastic behaviors predicted by several overall material-property estimation techniques with those obtained by discrete analysis models utilizing the finite element method, for various volume fractions and loading conditions.
A simulation to investigate the thermal behavior in short fiber or whisker reinforced composite materials has been performed for the application to the thermoelastic stress analysis using Finite Element Method (FEM). To obtain the internal field quantities of composite material, the procedure of micromechanical modeling and the principle of virtual work were implemented. For the numerical illustration, an aligned axisymmetric single fiber model has been employed to assess field quantities. It was found that the proposed simulation methodology for thermoelastic stress analysis is applicable to the complicated inhomogeneous solid for the investigation of micromechanical thermoelastic behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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