Paggi, Marco and Wriggers, Peter
Numerical modelling of intergranular fracture in polycrystalline materials and grain size effects.
Frattura ed Integrità Strutturale, 17.
pp. 5-14.
ISSN 1971-8993
(2011)
Abstract
ABSTRACT. In this paper, the phenomenon of intergranular fracture in polycrystalline materials is investigated
using a nonlinear fracture mechanics approach. The nonlocal cohesive zone model (CZM) for finite thickness
interfaces recently proposed by the present authors is used to describe the phenomenon of grain boundary
separation. From the modelling point of view, considering the dependency of the grain boundary thickness on
the grain size observed in polycrystals, a distribution of interface thicknesses is obtained. Since the shape and
the parameters of the nonlocal CZM depend on the interface thickness, a distribution of interface fracture
energies is obtained as a consequence of the randomness of the material microstructure. Using these data,
fracture mechanics simulations are performed and the homogenized stress-strain curves of 2D representative
volume elements (RVEs) are computed. Failure is the result of a diffuse microcrack pattern leading to a main
macroscopic crack after coalescence, in good agreement with the experimental observation. Finally, testing
microstructures characterized by different average grain sizes, the computed peak stresses are found to be
dependent on the grain size, in agreement with the trend expected according to the Hall-Petch law.
SOMMARIO. In questo articolo, il fenomeno della frattura intergranulare nei material policristallini è studiato
mediante un approccio di meccanica della frattura non lineare. Il modello non locale di frattura coesiva per
interfacce con spessore finito recentemente proposto dai presenti autori è impiegato per descrivere il fenomeno
di separazione ai bordi di grano. Da un punto di vista modellistico, considerando la dipendenza dello spessore
dei bordi di grano dalla dimensione del grano stesso, si è ottenuta una distribuzione delle proprietà meccaniche
delle interfacce. Essendo la forma ed i parametri del modello non locale della frattura coesiva dipendenti dallo
spessore dell'interfaccia, si ottiene una distribuzione di energie di frattura come conseguenza della variabilità
statistica della microstruttura del materiale. Usando tali dati si conducono simulazioni di meccanica della frattura
su elementi di volumi rappresentativi (RVE) in 2D e si determinano le rispettive curve di tensionedeformazione.
La frattura è il risultato di un insieme di microfessure diffuse che danno luogo alla propagazione
di una fessura macroscopica principale, in ottimo accordo con quanto osservato sperimentalmente. Infine,
testando microstrutture dotate di diversi diametri medi dei grani, si osserva come le tensioni
Actions (login required)
 |
Edit Item |
