Understanding the crack propagation in ceramic multilayer structures to enhance mechanical properties.
Project goals
The aim of the project is to develop and verify mathematical tools for the description and prediction of the fracture behaviour of (ceramic based) multilayer structures. These structures are of a high potential e.g. in areas of high temperature applications or other special areas where use of metals is not possible. The considered materials are supposed to be subjected to mechanical and thermal (residual stresses) loading. Main output of the project should be a mathematical description of the crack propagation - crack deflection, interface delamination or crack bifurcation phenomena in the structures containing high residual stresses. Such behaviour, absorbing much more energy than a straight crack propagation, can significantly enhance the fracture toughness of the structure and the ability of its prediction is thus strongly desired. Using the mentioned tools, suitable laminate geometry and material composition can be designed. Concept of the Finite fracture mechanics will be used for the developmentof the applicable fracture criterion. An essential goal of this project will be experimental verification of the proposed fracture models which is necessary for their correct application and interpretation. The proposed project is targeted to the basicresearch area of fracture behaviour of layered structures, which becomes in focus due to a gradually increasing number of applications of advanced composite materials. Therefore, any progress in this globally attractive problematic will be utilized in development of new materials tailored for the given application. Proposed work is a logical consequence of gained knowledge of the project team in the research field of laminate materials lasting over a decade.
Keywords
crack propagationceramic laminatesfinite fracture mechanicsFEM simulations
Public support
Provider
Ministry of Education, Youth and Sports
Programme
—
Call for proposals
FP6-2004-Mobility-10
Main participants
Vysoké učení technické v Brně / Fakulta strojního inženýrství
Contest type
RP - Co-financing of EC programme
Contract ID
MSMT-3004/2014-1
Alternative language
Project name in Czech
Pochopení mechanismu šíření trhliny v keramických vícevrstvých strukturách s cílem získání nástroje pro vylepšení jejich mechanických vlastností.
Annotation in Czech
Cílem projektu je vývoj a ověření matematických nástrojů pro popis a predikci lomového chování vícevrstvých struktur na bázi keramik. Tyto materiály mají velký potenciál např. u vysokoteplotních aplikací a v dalších speciálních oblastech, kde není možnépoužít standardní kovové materiály. Předpokládá se, že studované materiály jsou podrobeny kombinovanému zatížení ? mechanickému a teplotnímu, které vede ke vzniku residuálních napětí. Hlavním výstupem projektu by měly být experimentem verifikované matematické modely popisující šíření trhliny, především pak ohyb trhliny v oblasti rozhraní dvou materiálů, delaminace rozhraní nebo bifurkace trhliny ve vrstvách obsahujících vysoká residuální napětí. Takové chování (absorbující mnohem více energie než v případě přímého šíření trhliny) může významně zvýšit lomovou houževnatost uvažovaného systému a tudíž schopnost toto chování predikovat je velmi cenná. Užitím zmíněných nástrojů lze potom navrhnout vhodnou geometrii laminátu či kompozici jednotlivých materiálových složek tak, aby bylo dosaženo požadovaného chování. Pro vývoj použitelného lomového kritéria bude použita koncepce konečné lomové mechaniky (FFM). Hlavním a základním cílem projektu bude tedy experimentální ověření navrženého lomového modelu, které je nezbytné pro jeho správnou aplikaci a interpretaci. Navrhovaný projekt je cílený na oblast základního výzkumu lomového chování vrstvených struktur, které nabývá na významu díky postupně rostoucímu využití pokročilých kompozitních materiálů. Tudíž jakýkoliv pokrok v této obecně atraktivní problematice může sloužit pro vývoj nových materiálů ?šitých? na míru pro danou aplikaci. Navrhovaná práce myšlenkově navazuje na již získané znalosti projektového týmu v oblasti kompozitních (vrstvených) materiálůnabyté za posledních několik let.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
CEP classification - main branch
JL - Fatigue and fracture mechanics
CEP - secondary branch
JI - Composite materials
CEP - another secondary branch
—
20306 - Audio engineering, reliability analysis
20505 - Composites (including laminates, reinforced plastics, cermets, combined natural and synthetic fibre fabrics; filled composites)
Completed project evaluation
Provider evaluation
U - Uspěl podle zadání (s publikovanými či patentovanými výsledky atd.)
Project results evaluation
This project was being realized in the framework of the MOBILITY Activity that aims primarily on establishing and strenghtening ties with foreign research institutions. The control of particular outputs is not implemented by the evalution committee, but the correctness of allocated finances and the adequacy of their use are checked.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2014
Realization period - end
Dec 31, 2015
Project status
U - Finished project
Latest support payment
Feb 17, 2015
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP16-MSM-7A-U/02:1
Data delivery date
Oct 12, 2017
Finance
Total approved costs
94 thou. CZK
Public financial support
94 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
94 CZK thou.
Public support
94 CZK thou.
100%
Provider
Ministry of Education, Youth and Sports
CEP
JL - Fatigue and fracture mechanics
Solution period
01. 01. 2014 - 31. 12. 2015