Mechanical and fracture properties of multilayered ceramic/ceramic and ceramic/metal materials with graded layers
Project goals
Lamellar structures provide significant increases in toughness over other microstructures. By layering different structural ceramic materials, the apparent fracture toughness can be increased through either enhancement of toughening mechanisms or residual stress effects. The state of knowledge regarding the mechanical and fracture properties of multilayers has increased greatly within the last decade, but there remain several critical areas in need of further research. Available residual stresses and fracture criteria refer to conditions far from surfaces or edges. This is an important distinction, since pronounced edge effects are known to exist in displacement, stress, temperature, magnetic, and electrical fields. One of the ways to reconcile the edge and/or interface effects is the introduction of gradual compositional changes into individual layers which removes large-scale interface-induced stress singularities and can even result in stress-free material joints. Although the fracture mechanics solutions for stress and displacement fields in homogeneous and continuously graded materials agree in the asymptotic near-tip limit, the scope of the material gradient effects on fracture behaviour are not well comprehended.
Keywords
ceramicsmultilayersfracturetoughnessmodellingthermalresidualstresses
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
Standardní projekty 12 (SGA02009GA-ST)
Main participants
—
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
101-09-1821
Alternative language
Project name in Czech
Mechanické a lomové vlastnosti multilamelárních struktur typu keramika/keramika a keramika/kov s gradientními vrstvami
Annotation in Czech
Podstata navrhovaného projektu (max. 1100 znaků) - česky Lamelární struktury vedou k významnému zvýšení houževnatosti materiálu v porovnání s jinými typy mikrostruktur. Tento efekt je způsoben tím, že lamelární struktury zvyšují účinnost mechanismů zhouževnatění a podporují vznik zbytkových napětí. Navzdory intenzivnímu výzkumu mechanických a lomových vlastností multilamelárních struktur typu keramika/keramika a keramika/kov, zbývá stále několik kritických problémů, které si zasluhují další výzkum. Stávající lomová kritéria a výpočty zbytkových napětí v multilamelárních strukturách nerespektují dostatečně materiálová rozhraní, povrchy a materiálové hrany, které vedou k singularitám ve fyzikálních polích. Jedním ze způsobů, jak zmírnit tyto efekty, je vytvoření spojitých změn v materiálovém složení jednotlivých vrstev, které odstraňují singularity ve fyzikálních polích a mohou dokonce vést ke stavu, kdy materiálové spoje nejsou podrobeny napětí. I když lomově mechanická řešení pro napěťově deformační pole v homogenních a spojitě gradientních materiálech vedou ke stejné asymptotice, rozsah vlivu gradientních efektů na lomové chování není zatím důkladně objasněn.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
CEP classification - main branch
JI - Composite materials
CEP - secondary branch
JL - Fatigue and fracture mechanics
CEP - another secondary branch
JR - Other machinery industry
20301 - Mechanical engineering
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
Project studies of the fracture mechanism in ceramic multilayers. Research exhibits potentiality in consequential applications. Results have been presented at international conferencies and also in impacted scientific journals. All of the aims planned inthe project have been satisfactorily reached.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2009
Realization period - end
Dec 31, 2012
Project status
U - Finished project
Latest support payment
Apr 1, 2012
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP13-GA0-GA-U/02:3
Data delivery date
May 17, 2016
Finance
Total approved costs
5,683 thou. CZK
Public financial support
5,683 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
5 683 CZK thou.
Public support
5 683 CZK thou.
100%
Provider
Czech Science Foundation
CEP
JI - Composite materials
Solution period
01. 01. 2009 - 31. 12. 2012