Computational modeling and simulation of spall fracture in polycrystalline solids by an atomistic-based interfacial zone model

Lin, Liqiang; Zeng, Xiaowei

doi:10.1016/j.engfracmech.2015.05.039

Cited by 13 publications

(9 citation statements)

References 52 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…All simulations were implemented using a custom-developed finite element package (Li et al, 2012; Lin et al, 2014a; Lin et al, 2015; Lin and Zeng, 2015; Zeng and Li, 2010, 2012). Uniaxial load (either tension or compression) was applied to the finite element model by assigning a uniform displacement on both the top and bottom edges of the model (Lin et al, 2014a), with the right and left side of the specimen kept unconstrained.…”

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

Contribution of extrafibrillar matrix to the mechanical behavior of bone using a novel cohesive finite element model

Lin

Samuel

Zeng

et al. 2017

Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

The mechanical behavior of bone is determined at all hierarchical levels, including lamellae (the basic building block of bone) that are comprised of mineralized collagen fibrils and extrafibrillar matrix. The mechanical behavior of mineralized collagen fibrils has been investigated intensively using both experimental and computational approaches. Yet, the contribution of the extrafibrillar matrix to bone mechanical properties is poorly documented. In this study, we intended to address this issue using a novel cohesive finite element (FE) model, in conjunction with the experimental observations reported in the literature. In the FE model, the extrafibrillar matrix was considered as a nanocomposite of hydroxyapatite (HA) crystals bounded through a thin organic interface modeled as a cohesive interfacial zone. The parameters required by the cohesive FE model were defined based on the experimental data reported in the literature. This hybrid nanocomposite model was tested in two loading modes (i.e. tension and compression) and under two hydration conditions (i.e. wet and dry). The simulation results indicated that (1) the failure modes of the extrafibrillar matrix predicted using the cohesive FE model were closely coincided with those experimentally observed in tension and compression tests; (2) the pre-yield deformation (i.e. internal strain) of HA crystals with respect to the applied strain was consistent with that obtained from the synchrotron X-ray scattering measurements irrespective of the loading modes and hydration status; and (3) the mechanical behavior of the extrafibrillar matrix was dictated by the properties of the organic interface between the HA crystals. Taken together, we postulate that the extrafibrillar matrix plays a major role in the pre-yield deformation and the failure mode of bone, thus, giving rise to important insights in the ultrastructural origins of bone fragility.

show abstract

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

Contribution of extrafibrillar matrix to the mechanical behavior of bone using a novel cohesive finite element model

Lin

Samuel

Zeng

et al. 2017

Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…The CaCO 3 grains were meshed using triangular elements. All simulations were implemented using a custom-made finite element package, which had been developed by Zeng and his co-workers (Li et al, 2012; Lin et al, 2014a; Lin et al, 2015; Lin and Zeng, 2015; Zeng and Li, 2010, 2012). Uniaxial load (tensile or compressive loading) was applied to the finite element model by assigning a uniform displacement on the top and bottom edges of the model (Lin et al, 2014a), with the right and left side of the specimen being set free.…”

Section: Numerical Simulationsmentioning

confidence: 99%

Computational modeling of interfacial behaviors in nanocomposite materials

Lin

Wang

Zeng

2017

International Journal of Solids and Structures

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Towards understanding the bulk material response in nanocomposites, an interfacial zone model was proposed to define a variety of material interface behaviors (e.g. brittle, ductile, rubber-like, elastic-perfectly plastic behavior etc.). It also has the capability to predict bulk material response though independently control of the interface properties (e.g. stiffness, strength, toughness). The mechanical response of granular nanocomposite (i.e. nacre) was investigated through modeling the “relatively soft” organic interface as an interfacial zone among “hard” mineral tablets and simulation results were compared with experimental measurements of stress-strain curves in tension and compression tests. Through modeling varies material interfaces, we found out that the bulk material response of granular nanocomposite was regulated by the interfacial behaviors. This interfacial zone model provides a possible numerical tool for qualitatively understanding of structure-property relationships through material interface design.

show abstract

“…Откольное разрушение является одним из основных методов изучения процессов, протекающих в твердом теле в условиях динамического растяжения [1][2][3][4][5]. Рас-смотрение волновых процессов, характерных для от-кольной задачи, позволяет найти импульс напряжений, приводящий к разрушению [1,2].…”

Section: Introductionunclassified

“…Показано, что предельные напряжения при динамических воздействиях для образцов из разных партий существенно отличаются, несмотря на единый химический состав и одинаковую прочность в статике. DOI: 10.21883/JTF.2017.04.44312.1931 Введение Откольное разрушение является одним из основных методов изучения процессов, протекающих в твердом теле в условиях динамического растяжения [1][2][3][4][5]. Рас-смотрение волновых процессов, характерных для от-кольной задачи, позволяет найти импульс напряжений, приводящий к разрушению [1,2].…”

unclassified

Эффект Задержки Разрушения При Разрушении Стальных Образцов В Условиях Откола

Михайлова¹,

Волков²,

Мещеряков³

et al. 2017

Журнал Технической Физики

View full text Add to dashboard Cite

Проведены динамические испытания по откольному разрушению двух партий образцов из стали 30ХН4М. Обработка экспериментальных данных проводилась по классической методике, основанной на решении волнового уравнения в упругой постановке. Было выявлено три образца, при испытании которых наблюдался эффект задержки разрушения. При помощи критерия инкубационного времени были показаны условия возникновения задержки разрушения на примере треугольных нагружающих импульсов. Для остальных образцов была построена скоростная кривая прочности. Показано, что предельные напряжения при динамических воздействиях для образцов из разных партий существенно отличаются, несмотря на единый химический состав и одинаковую прочность в статике. DOI: 10.21883/JTF.2017.04.44312.1931 Введение Откольное разрушение является одним из основных методов изучения процессов, протекающих в твердом теле в условиях динамического растяжения [1][2][3][4][5]. Рас-смотрение волновых процессов, характерных для от-кольной задачи, позволяет найти импульс напряжений, приводящий к разрушению [1,2]. Как правило, для оценки параметров откольного импульса используется так называемое акустическое приближение, когда при-нимаются во внимание только упругие напряжения, действующие в зоне откола.Разрушение образца может происходить спустя неко-торое время после достижения максимума растягиваю-щего напряжения в сечении откола. Это означает, что момент разрушения приходится на ниспадающий или постоянный участок действующего локального напряже-ния. Данное явление называется задержкой разрушения, а импульсы, соответствующие такому виду разруше-ния, как правило, являются близкими к пороговым. Под пороговыми понимаются критические импульсы заданной длительности и формы, имеющие минималь-ную, достаточную для разрушения амплитуду. Задержка разрушения фиксировалась в ряде экспериментов по отколу, например [6,7], однако подробное обсуждение этого явления в литературе практически отсутствует. Нередко в подобной ситуации прочность чисто фор-мально связывают со временем действия растягивающих напряжений в сечении откола [6].В настоящей работе дается объяснение явлению задержки откольного разрушения с помощью крите-рия инкубационного времени. Концепция структурно-временного критерия основывается на двух характери-стиках материала: квазистатической прочности матери-ала и инкубационном времени разрушения. Указанные величины являются прочностными параметрами мате-рила, которые не зависят от условий эксперимента и могут быть применены для различных видов нагруже-ний. Данный подход показал свою эффективность при определении условий возникновения различных пере-ходных процессов, таких как хрупкое разрушение [8,9], электропробой [10], кавитация в жидкости [11]. Одномерная волновая задачаРазрушение при отколе происходит следующим об-разом: ударный импульс создает сжимающую волну в образце, которая продвигается вдоль его оси, достигая свободной поверхности. После отражения от нее волна сжатия меняет знак на противоположный и движется в виде волны растяжения в обратную сторону. По-скольку прочнос...

show abstract

Computational modeling and simulation of spall fracture in polycrystalline solids by an atomistic-based interfacial zone model

Cited by 13 publications

References 52 publications

Contribution of extrafibrillar matrix to the mechanical behavior of bone using a novel cohesive finite element model

Contribution of extrafibrillar matrix to the mechanical behavior of bone using a novel cohesive finite element model

Computational modeling of interfacial behaviors in nanocomposite materials

Эффект Задержки Разрушения При Разрушении Стальных Образцов В Условиях Откола

Contact Info

Product

Resources

About