Strength of materials and mechanical components based on iron: Multi-scale approach
Project goals
Ductile or brittle behavior of cracks is one of the key phenomena which may have a crucial influence on static and dynamic strength of mechanical structures utilizing bcc iron based materials, e.g. ferritic steels. Continuum predictions on ductile/brittle behavior of a central crack under biaxial tension show that the change of called T-stress can change ductile crack behavior to brittle crack extension. We utilize 3D atomistic molecular dynamic (MD) simulations in bcc iron at various temperatures to verify predictions on ductile-brittle transition caused by T-stress. It will be done for central cracked specimens under biaxial tension and as well for edge cracked samples under uniaxial tension, available for experiments. The topic is important for reactor pressure vessels and interpretation of fracture experiments. Another important aim is interconnecting with first-principles calculations for model clusters of restricted size, pointed at cohesive energy, tension and shear strength, atomic configurations and forces at defects, determining interatomistic potential parameters for MD.
Keywords
strength of mechanical structuresstrength of materialsductile-brittle behaviorfracture mechanismsbcc ironT-stressmolecular dynamicsmulti-scale methodselectronic structure calculationsfracture experiments
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
Standardní projekty 21 (SGA0201700001)
Main participants
Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
Ústav informatiky AV ČR, v. v. i.
Ústav termomechaniky AV ČR, v. v. i.
Západočeská univerzita v Plzni / Nové technologie - výzkumné centrumContest type
VS - Public tender
Contract ID
17-12925S
Alternative language
Project name in Czech
Pevnost materiálů a strojních součástí na bázi železa: Víceškálový přístup
Annotation in Czech
Tvárné nebo křehké chování trhlin patří ke klíčovým faktorům ovlivňujícím statickou a dynamickou pevnost strojních konstrukcí z materiálů na bázi alfa-Fe, např. feritických ocelí. Predikce kontinua o křehce-tvárném chování centrální trhliny pod biaxiálním tahovým zatížením ukazují, že se změnou hodnot tzv. T-napětí může dojít ke změně tvárného chování trhliny na křehké porušování. Využijeme 3D atomární simulace metodou molekulární dynamiky (MD) v alfa-Fe při různých teplotách k ověření predikcí kontinua o tomto tvárně-křehkém přechodu pod vlivem T-napětí a to jak u centrální trhliny pod tahovým bi-axiálním zatížením, tak i u vzorků s okrajovými trhlinami pod jednoosým tahem, dostupných pro lomové experimenty. Téma je důležité pro reaktorové tlakové nádoby z feritických ocelí a interpretaci lomových experimentů. Dalším cílem je propojení s výpočty z prvních principů kvantové mechaniky na modelových clusterech omezené velikosti, zaměřenými na kohezní energii, tahovou a smykovou pevnost, atomární konfigurace a síly v okolí defektů, které určí parametry meziatomárních potenciálů pro MD.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
CEP classification - main branch
JG - Metallurgy, metal materials
CEP - secondary branch
JL - Fatigue and fracture mechanics
CEP - another secondary branch
BM - Solid-state physics and magnetism
10302 - Condensed matter physics (including formerly solid state physics, supercond.)
20306 - Audio engineering, reliability analysis
20501 - Materials engineering
Completed project evaluation
Provider evaluation
U - Uspěl podle zadání (s publikovanými či patentovanými výsledky atd.)
Project results evaluation
All the research objectives of the project focused at analysis of T-stress under different temperatures on the ductile brittle behaviour of cracks in 3D crystals by means of atomistic and multi-scale calculations and experiments were fulfilled. Research papers with project results have been presented in eleven journals with impact factor and two (Scopus/WoS) conferences.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2017
Realization period - end
Dec 31, 2019
Project status
U - Finished project
Latest support payment
May 22, 2019
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP20-GA0-GA-U/02:1
Data delivery date
Jul 23, 2020
Finance
Total approved costs
10,770 thou. CZK
Public financial support
9,683 thou. CZK
Other public sources
1,087 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
10 770 CZK thou.
Public support
9 683 CZK thou.
89%
Provider
Czech Science Foundation
CEP
JG - Metallurgy, metal materials
Solution period
01. 01. 2017 - 31. 12. 2019