Nonlinear fracture in structural materials – investigation of expressions of energy dissipation in failure zone via advanced experiments and modelling
Project goals
During fracture of quasi-brittle/ductile materials the energy dissipates in an extensive nonlinear area at the crack tip. This zone consists of the fracture process zone and the plastic zone. In these zones, various micromechanical phenomena take place; their synergy determines prevalent macroscopic response exhibited also within standard fracture toughness tests, although material failure primary originates from process zone. Materials with various fracture behaviour differ in proportions of these zones and the proportion between the nonlinear zone and the structural dimensions. Insufficient capturing of these facts leads to improper fracture-mechanical characterization. A technique for determination of the ‘pure’ material values of fracture parameters based on linking the energy dissipated by the crack and by the process zone advance with their spatial characteristics is proposed and will be tested. The research will be conducted on silicate/other composites of various brittleness/ductility. Analyses will be supported by experiments using radiography and acoustic emission scanning.
Keywords
quasi-brittle fractureelasto-plastic fractureenergy dissipationenergy dissipation densityfracture process zoneplastic zonefracture energycohesive lawmulti-parameter stress field descriptiondynamic radiographydigital image correlationcomputed tomographyacoustic emission
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
Standardní projekty 19 (SGA0201500001)
Main participants
České vysoké učení technické v Praze / Ústav technické a experimentální fyziky ČVUT
Ústav teoretické a aplikované mechaniky AV ČR, v. v. i.
Vysoké učení technické v Brně / Fakulta stavebníContest type
VS - Public tender
Contract ID
15-07210S
Alternative language
Project name in Czech
Nelineární lom konstrukčních materiálů – zkoumání projevů disipace energie v zóně porušení pomocí pokročilých experimentů a modelování
Annotation in Czech
Při porušování kvazikřehkých a houževnatých materiálů se energie disipuje v rozsáhlé nelineární oblasti poblíž vrcholu trhliny. Tato oblast sestává ze dvou částí − zóny poškozování (procesní zóna) a zóny plasticity. V nich se odehrávají odlišné mikromechanické jevy, jejichž synergie určuje převládající makroskopickou odezvu projevující se např. i při standardních testech pro určení lomové houževnatosti. Vlastní porušování materiálů přitom probíhá primárně v procesní zóně. Různé materiály se liší vzájemnými proporcemi obou zón, i proporcí celé nelineární oblasti vůči geometrii zkoumaného vzorku. Nedostatečné postižení těchto zákonitostí vede k nepřesné lomově-mechanické charakterizaci materiálů. V projektu bude navrženo a testováno stanovení ‘čistě’ materiálových hodnot lomových parametrů založených na vztahu energie disipované při rozvoji trhliny a procesní zóny k prostorovým charakteristikám těchto entit. Výzkum bude prováděn na silikátových i jiných kompozitech různé křehkosti/tažnosti. Analýzy budou podepřeny experimenty s využitím radiografické defektoskopie a akustické emise.
Scientific branches
Completed project evaluation
Provider evaluation
U - Uspěl podle zadání (s publikovanými či patentovanými výsledky atd.)
Project results evaluation
The planned software was developed, advanced experimental techniques were applied. Some of the published papers concentrated rather on the experimental techniques than on the main goal – the improvement in understanding the non-linear failure of the quasi-brittle/ductile materials. In summary the publications however correspond to the Project Proposal.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2015
Realization period - end
Dec 31, 2017
Project status
U - Finished project
Latest support payment
May 17, 2017
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP18-GA0-GA-U/02:1
Data delivery date
May 4, 2018
Finance
Total approved costs
7,630 thou. CZK
Public financial support
7,630 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
7 630 CZK thou.
Public support
7 630 CZK thou.
100%
Provider
Czech Science Foundation
CEP
JL - Fatigue and fracture mechanics
Solution period
01. 01. 2015 - 31. 12. 2017