R‐Curve Behavior of a Polycrystalline Graphite: Microcracking and Grain Bridging in the Wake Region

A note on versions:The version presented here may differ from the published version or from the version of record. If you wish to cite this item you are advised to consult the publisher's version. Please see the repository url above for details on accessing the published version and note that access may require a subscription. AbstractPhysical mechanisms at different length scales have to be taken into account while predicting the overall failure of nuclear graphite structures of advanced gas cooled graphite reactors. In this paper, the effect of composition of meso graphite phases and porosity on the aggregate elastic properties is predicted using the Eshelby homogenisation method. Results indicate an overall decrease in elastic modulus with an increase in porosity. Subsequently, the moduli at different porosity levels are used to predict the critical strain energy release rates for crack propagation of graphite, and fracture behaviour is studied using compact tension and four point bending tests. Compared to flexural strength at zero porosity level, significant reduction in strength of up to 80% at 30% porosity level is observed. Evolution of flexural strength due to porosity is also compared against available experimental values of graphite from UK nuclear plants.

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“…For graphite, the fracture energy of the crack is found to be increased [19,22] as the crack propagates through defects as shown in Fig. 3 (iii).…”

Section: Geometry and Boundary Conditions Of Finite Element Models Fomentioning

confidence: 89%

Effect of large deformation on creep property evaluation by small-specimen bending tests

Zhuang

Zhou

et al. 2016

International Journal of Pressure Vessels and Piping

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“…El cálculo de la magnitud se realizó utilizando la expresión de Guinea et al [4] a partir de la carga máxima y la longitud inicial de la entalla. Este valor así obtenido es sólo un valor aparente de la tenacidad del material, ya que no se tuvo en cuenta el crecimiento estable de las grietas antes de alcanzarse carga máxima (bien documentado tanto para el grafito [1][2][3][4][5] como para los compuestos C/C [5,[6][7]), ni la influencia del radio del fondo de la entalla (≈ 90 µm). Sin embargo, este último factor puede ser obviado cuando la longitud de los defectos presentes en el material son del orden del radio de la entalla tal y como documentó Li et al [8].…”

Section: Tenacidad Y Micromecanismos De Fracturaunclassified

“…Esto ha sido estudiado por muy pocos investigadores [1], siendo otro de los objetivos de la presente investigación. Para ello se ha desarrollado un dispositivo experimental que consta de un microscopio de larga distancia focal con el que se consigue visualizar la iniciación y evolución del daño alrededor del fondo de una entalla durante los ensayos de tenacidad a 300 K.…”

Section: Introductionunclassified

Comportamiento mecánico y estudio in situ de la evolución del daño en el grafito y en un compuesto C/C a 77 y a 300 K

Salazar¹,

Pastor²,

Llorca³

2002

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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Comportamiento mecánico y estudio in situ de la evolución del daño en el grafito y en un compuesto C/C a 77 y a 300 K A. SALAZAR, J. Y. PASTOR, J. LLORCA Departamento de Ciencia de Materiales. Universidad Politécnica de Madrid. E.T.S.I. de Caminos.Ciudad Universitaria, E-28040-Madrid.En este trabajo se han evaluado las propiedades mecánicas a 77 y a 300 K de dos grafitos policristalinos con microestructuras muy diferentes y de un compuesto C/C. Se realizaron ensayos de flexión en tres puntos y de tenacidad, y en éstos últi-mos se midió in situ la iniciación y la evolución del daño en el fondo de la entalla con un microscopio de larga distancia focal. Los resultados obtenidos muestran que las temperaturas criogénicas no afectan el comportamiento mecánico de los compuestos de carbono estudiados. Además, la porosidad presente en los grafitos es el mecanismo de rotura dominante mientras que en el material compuesto, la intercara débil entre matriz y haz de fibras detiene y desvía las grietas nucleadas en la matriz, presentando el mejor comportamiento mecánico. Palabras clave: grafito, material compuesto C/C, micromecanismos de rotura, criogenía, propiedades mecánicas.Mechanical behavior and in situ study of the damage evolution at 77 and at 300 K of graphite and C/C composites.The mechanical properties at 77 K and at 300 K were determined in two polycristalline graphites with different microstructures and in a C/C composite. The flexure strength and the fracture toughness were evaluated and the micromechanic failure was studied in situ with a long distance microscope. The results obtained showed that the mechanical properties of these carbon materials are not affected by the cryogenic temperatures. The porosity is the main responsible of the mechanical failure in the graphites while in the composite, the matrix/yarn interface deflect the crack nucleated in the mattrix, presenting the best mechanical behavior.

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“…In materials whose behaviour cannot be regarded as brittle, the parameters deriving from linear elastic treatment to characterize fracture toughness, the critical stress intensity MEChANICAL BEhAVIOUR Of STRUCTURAL CERAMICS factor, K IC , and the critical energy release rate, G IC , defined in 2.1, are not intrinsic properties, independent of the size of the crack and the loading system used to determine them experimentally (49)(50)(51). Thus, in this type of materials, specific treatment of fracture parameters is required.…”

Section: Mechanical Characterization Of Toughened Materialsmentioning

confidence: 99%

“…The most widely used criterion establishes the start of the fracture on the load-displacement curve where linearity is lost when the materials are being loaded (indicated with an arrow in Fig. 11a) (51,92).…”

Section: Determination Of Fracture Parametersmentioning

confidence: 99%

Comportamiento mecánico de materiales cerámicos estructurales

Bueno¹,

Baudı́n²

2007

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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The use of ceramic materials in structural applications is limited by the lack of reliability associated with brittle fracture behaviour. In order to extend the structural use of ceramics, the design of microstructures which exhibit flaw tolerance due to toughening mechanisms which produce an increase in crack growth resistance during crack propagation has been proposed. This work is a review of the mechanical behaviour of structural ceramic materials and its characterisation. Firstly, the basic brittle fracture parameters and the statistical criteria to determine the probability of exceeding the safety factors demanded for a particular application are analysed. Then, the toughening mechanisms which can be developed in the materials through microstructural design as well as the mechanical characterisation of toughened ceramics are discussed. The experimental values of linear elastic fracture toughness parameters (critical stress intensity factor, K IC , and critical energy release rate, G IC ) are not intrinsic properties for toughened materials and depend on crack length and the loading system. In this work, the different mechanical parameters proposed to characterise such materials are reviewed. The following fracture parameters are analysed: work of fracture (γ WOF ), critical J-integral value (J IC ) and R-curve. For the determination, stable fracture tests are proposed in order to ensure that the energy provided during the test is no more than the necessary one for crack propagation.Keywords: Microstructure, Strength, Weibull modulus, Fracture toughness, Toughening mechanisms. Comportamiento mecánico de materiales cerámicos estructuralesEl uso de los materiales cerámicos en aplicaciones estructurales está limitado por la falta de fiabilidad asociada a su comportamiento frágil durante la fractura. Para extender su aplicación se ha propuesto el diseño de microestructuras que presenten tolerancia a los defectos debido a la actuación de mecanismos de refuerzo. Este trabajo es una puesta al día sobre el estudio del comportamiento mecánico de los materiales cerámicos estructurales y su caracterización. En primer lugar, se revisan los parámetros de fractura utilizados para caracterizar materiales frágiles y los criterios de control estadístico que permiten determinar la probabilidad de que se sobrepasen los factores de seguridad exigidos en cada aplicación. A continuación, se discuten los mecanismos de refuerzo que se pueden desarrollar en los materiales cerámicos a través del diseño microestructural. En los materiales cerámicos en los que la actuación de mecanismos de refuerzo conduce a un comportamiento significativamente distinto del puramente frágil, los parámetros derivados del tratamiento lineal elástico (factor crítico de intensidad de tensiones, K IC , y tasa crítica de liberación de energía, G IC ), determinados experimentalmente, dejan de ser propiedades intrínsecas del material, independientes del tamaño de grieta y el sistema de carga. El presente trabajo revisa los parámetros mecánicos propuestos para...

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R‐Curve Behavior of a Polycrystalline Graphite: Microcracking and Grain Bridging in the Wake Region

Cited by 118 publications

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Effect of large deformation on creep property evaluation by small-specimen bending tests

Effect of large deformation on creep property evaluation by small-specimen bending tests

Comportamiento mecánico y estudio in situ de la evolución del daño en el grafito y en un compuesto C/C a 77 y a 300 K

Comportamiento mecánico de materiales cerámicos estructurales

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