预测光滑或粗糙压头球形压痕测试中锥裂纹的耦合方法
材料科学
2023-06-26 v1
摘要
压痕试验在实验中被广泛用于根据所得裂纹形貌表征材料的力学与断裂性能。本文提出一种高效的理论与计算框架，其针对二维轴对称与三维几何的实现被详细给出，用于模拟由任意形状压头轮廓的非共形接触所引起的压痕诱导开裂现象。该公式依赖于 MPJR（eMbedded Profile for Joint Roughness，嵌入联合粗糙度轮廓）界面有限元的耦合，后者嵌入压头轮廓以高效求解非平面物体间的接触问题，以及用于模拟基体中裂纹演化与非局部损伤的脆性断裂相场。该新框架被应用于预测光滑球形压头压痕试验中的锥裂纹形成，并与实验数据进行了验证。随后，该方法在文献中首次被用于评估叠加在光滑球形压头形状上的表面粗糙度的影响。在物理见解方面，数值预测量化了裂纹形核临界载荷与裂纹半径对粗糙度幅值的依赖关系，并与光滑压头的行为进行比较。再次注意到其与已有实验趋势的一致性。
引用
@article{arxiv.2306.13539,
title = {A coupled approach to predict cone-cracks in spherical indentation tests with smooth or rough indenters},
author = {Maria Rosaria Marulli and Jacopo Bonari and Josè Reinoso and Marco Paggi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.13539},
year = {2023}
}
备注
This article has been published on the Journal of the Mechanics and Physics of Solids at https://doi.org/10.1016/j.jmps.2023.105345