FINITE ELEMENT SIMULATION OF THE DYNAMIC BEHAVIOR OF ADVANCED CERAMICS

G. Ruiz (1)  C. Yu (2)  M. Ortiz (2)      

Anales de la Mecánica de la Fractura, nº 18 . 2001 . Pág. -
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Resumen: This paper studies the dynamic behavior of advanced ceramics by a finite element model. It implements the direct simulation of fracture and fragmentation together with a mixed-mode cohesive law to describe the fracture process. Particularly, we simulate some dynamic Brazilian tests performed with a Hopkinson bar, at a strain rate of 75 s-1, on six different materials: three kinds of alumina with different average grain sizes and degrees of purity, a blend of alumina and zirconia, silicum carbide and boron carbide. The rate dependence of the results emerges explicitly from the calculations, thanks both to the inertia attendant to the fracture process, and to the time effect provided by the cohesive law. Indeed, the simulations give accurate values for the dynamic strength of the six ceramics under study. The simulations also predict the main features of the crack pattern. Resumen. Este artículo estudia el comportamiento dinámico de materiales cerámicos avanzados por medio de un modelo de elementos finitos. En particular, simulamos algunos ensayos brasileños realizados con una barra Hopkinson, a una velocidad de deformación de 75 s-1, sobre seis materiales diferentes: tres tipos de alúmina con distinto tamaño de grano y grado de pureza, una mezcla de alúmina y zirconia, carburo de silicio y carburo de boro. La dependencia de los resultados a la velocidad de deformación sale explícitamente en los cálculos, gracias tanto a la inercia que acompaña al proceso de fractura como al efecto del tiempo dado por la ley cohesiva. De hecho, las simulaciones dan valores precisos de la resistencia a la tracción dinámica para las seis cerámicas que estudiamos. Las simulaciones también predicen los rasgos principales del patrón de fisuración.

LocalizaciónBayona

(1) ETSI Caminos, C. y P., Universidad de Castilla-La Mancha, Pº de la Universidad 4, 13071 Ciudad Real, Spain
(2) Graduate Aeronautical Laboratories, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USA
(2) Graduate Aeronautical Laboratories, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USA