Heterogén anyagok károsodása és törése



Hasonló dokumentumok
Heterogén anyagok károsodása és törése

Törés és fragmentáció statisztikus fizikája

Impulzus alapú Barkhausen-zaj vizsgálat szerkezeti acélokon

Törés és fragmentáció statisztikus fizikája

Publikációs lista. Kummulatív Impakt faktor:

Hydrogen storage in Mg-based alloys

Mikroelektromechanikai szerkezetek szilárdsági és megbízhatósági vizsgálata

REPEDÉSEK DINAMIKÁJÁTÓL KATASZTRÓFÁK ELŐREJELZÉSÉIG

SZÉN NANOCSŐ KOMPOZITOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA

Kvartó elrendezésű hengerállvány végeselemes modellezése a síkkifekvési hibák kimutatása érdekében. PhD értekezés tézisei

A számítógép felhasználása a modern fizika BSc szintű oktatásában

Publikációs lista. Kumulatív impakt faktor: 31,779

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA

a textil-szövet hosszirányú szálainak és a teljes szálmennyiségnek a térfogati aránya,

Bevezetés a viselkedési piacelméletbe

Sűrűségkülönbség hatására kialakuló áramlások laboratóriumi vizsgálata

Sterilizálásra és felületkezelésre alkalmazható utókisülési plazmák modellezése. zárójelentés

A PÁLYÁZAT LEFOLYÁSA, SZEMÉLYI, TARTALMI VÁLTOZÁSAI

Funkcionálisan gradiens anyagszerkezetű kompozit görgő végeselemes vizsgálata

Részletes szakmai beszámoló

Klímaváltozási jelenségek modellezése egy elméleti vízi ökoszisztémában

Komplex hálózatok moduláris szerkezete

A kerámiaipar struktúrája napjainkban Magyarországon

A tölgyek nagy értékű hasznosítását befolyásoló tényezők vizsgálata és összehasonlító elemzése c.

2. MODUL: Műszaki kerámiák

RIDEG ANYAGOK FRAKTOGRÁFIÁJA

Ez mit jelent? Ahány könyv annyi interpretáció, annyi diszciplína kerül bele.

DOKTORI (PHD) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI SZAFNER GÁBOR

Termoelektromos polimerek és polimerkompozitok

Lebomló polietilén csomagolófóliák kifejlesztése

Intelligens Induktív Érzékelők

POLIMEREK KEMÉNYSÉGE

Új típusú csillag kopolimerek előállítása és funkcionalizálása. Doktori értekezés tézisei. Szanka Amália

SZAKMAI CIKKEK, ELŐADÁSOK Adaptivitás és innováció a gazdasági fejlődés lehetőségei Sebestyén Tamás

FÁRADÁSOS REPEDÉSTERJEDÉS KÜLÖNBÖZŐ TÍPUSÚ KOMPOZITOKBAN

Tárgyszavak: kompozit; önerősítés; polipropilén; műanyag-feldolgozás; mechanikai tulajdonságok.

Kádár István 1 Dr. Nagy László 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem,

3. KÉTTÁMASZÚ ÖSZVÉRGERENDÁK

MEDDŐHÁNYÓK ÉS ZAGYTÁROZÓK KIHORDÁSI

Kutatási beszámoló. Kompozithuzalok mechanikai és villamos tulajdonságainak vizsgálata

Kőzettestek Poisson tényezőjének becslése

Reinforced Concrete Structures I. / Vasbetonszerkezetek I. II.

HORVÁTH GÉZÁNÉ * A hazai készletmodellezés lehetőségei az Európai Unióban

Polimer kompozitok alapanyagai, tulajdonságai, kompozitmechanikai alapok

SZÁMÍTÓGÉPES FOLYAMATMODELLEK AZ ELMÉLETI FIZIKÁBAN

Megújuló kompozitok, anyagok

Munkabeszámoló. Sinkovicz Péter. Témavezető: Szirmai Gergely. Kvantumoptikai és Kvantuminformatikai Osztály. Lendület program

A készletezés Készlet: készletezés Indok Készlettípusok az igény teljesítés viszony szerint

A lineáris dörzshegesztés technológiai paramétereinek megválasztása

SZÁMÍTÓGÉPES MÉRÉSEK AZ AUDACITY PROGRAMMAL EXPERIMENTS USING THE AUDACITY PROGRAM

ÖNMETSZŐ CSAVARKÖTÉSEK FEJLESZTÉSE

Nem elegyedő polimer keverékek szerkezete és mechanikai tulajdonságai Morphology and mechanical properties of immiscible polymer blends

AMORF ÉS NANOSZERKEZETŰ ANYAGOK GYAKORLATI ALKALMAZÁSAI, ELŐÁLLÍTÁS ÉS FEJLESZTÉS BEVEZETÉS KÉT TIPIKUS ALKALMAZÁS

Yakov Amihud Haim Mendelson Lasse Heje Pedersen: Market Liquidity. Asset Pricing, Risk and Crises

Anyagtudomány BMEGEMTMK02, 4 krp (2+0+1/v) Ajánlott segédanyagok. Határfelület-kohézió-adhézió

A szárazmegmunkálás folyamatjellemzőinek és a megmunkált felület minőségének vizsgálata keményesztergálásnál

A HUNVEYOR-4 GYAKORLÓ ŰRSZONDA ÉPÍTÉSE BUILDING THE HUNVEYOR-4 EDUCATIONAL SPACE PROBE

Papírrács betétes bútorlapok mechanikai tulajdonságainak modellezése végeselemes módszerrel

A HIBRID LINEÁRIS LÉPTET MOTOR HATÉKONYSÁGÁNAK NÖVELÉSI MÓDOZATAIRÓL

Középfeszültségű kábelek öregedési vizsgálatai Műanyag és papírszigetelésű kábelek diagnosztikai rendszerei


MECHANIZMUSAI. Goda Tibor okleveles gépészmérnök. Témavezető: Dr. habil. Váradi Károly egyetemi tanár. Budapest - Kaiserslautern 2002.

KÖZHASZNÚSÁGI JELENTÉS 2006

KÉPALKOTÁSRA ALAPOZOTT RUHAIPARI

Doktori (PhD) értekezés tézisei

KÖNYVEK. A SZEGÉNYSÉG DINAMIKÁJÁRÓL Spéder Zsolt: A szegénység változó arcai. Tények és értelmezések. Budapest: Századvég Kiadó, 2002.

Anyagmérnöki alapképzési szak

ANYAGVIZSGÁLAT GÉIK, I. évfolyam

KÁOSZKÍSÉRLETEK A KÖZÉPISKOLAI FIZIKA OKTATÁSÁBAN CHAOS EXPERIMENTS IN HIGH SCHOOL PHYSICS EDUCATION

HIDEGEN HENGERELT ALUMÍNIUM SZALAG LENCSÉSSÉGÉNEK VIZSGÁLATA INVESTIGATION OF CROWN OF COLD ROLLED ALUMINIUM STRIP

KARBON SZÁLLAL ERŐSÍTETT ALUMÍNIUM MÁTRIXÚ KOMPOZITOK AL/C HATÁRFELÜLETÉNEK JELLEMZÉSE

VÁLASZ OPPONENSI VÉLEMÉNYRE

FOLYÓIRATOK, ADATBÁZISOK

SZAKMAI ÖNÉLETRAJZ. 6. viselkedéselemző/pszichológus (klinikai- és egészségpszichológia szakirány)

Szép János. Hídszerkezetek modellezése a talaj és a szerkezet kölcsönhatásának figyelembevételével

Újabb eredmények a nyugdíjrendszerek modellezésében

Szakmai önéletrajz. Személyes adatok: Tanulmányok, munkakörök: Nyelvtudás:

FERROMÁGNESES ANYAGOK RONCSOLÁSMENTES VIZSGÁLATA MÁGNESESHISZTERÉZIS-ALHURKOK MÉRÉSE ALAPJÁN. Mágneses adaptív teszt (MAT) Vértesy Gábor

A fenntarthatóság szerepe a környezeti nevelésben. Doktori (PhD) értekezés tézisei. Kosáros Andrea

SZILIKÁTTECHNIKA O 3. Néhány nagy tisztaságú Al 2. mûszaki kerámia hajlítószilárdsági vizsgálata

2008. év végére elkészült a csatorna felújítása, ezt követte 2009-ben a motor és a frekvenciaváltó üzembe helyezése.

ANYAGVIZSGÁLAT GÉIK, I. évfolyam

GECSÉNÉ TAR IMOLA TÖRTÉNETI TEMETŐK MAGYARORSZÁGON BUDAPEST, 2012 DOKTORI ÉRTEKEZÉS TÉZISEI

Nemesfémek visszanyerése katalizátorokból. 1. rész Alapelvek

Szálerősített anyagok fröccsöntése Dr. KOVÁCS József Gábor

Mechanikai anyagvizsgálat

A IX. MAGYAR MECHANIKAI KONFERENCIA PROGRAMJA

AZ ELLENÁLLÁSPONTHEGESZTÉS VÉGESELEMES MODELLEZÉSÉNEK SAJÁTOSSÁGAI

A tompahegesztés hatása a polietilén csövek szerkezetére és tulajdonságaira

GPS-mérések abszolút feldolgozását terhelô hibahatások vizsgálata

Anyagszerkezettan vizsgajegyzet

M1194 FELADATOK. Közreműködik a gépipari berendezések üzembe helyezésében, működtetésében, műszaki felügyeletében és karbantartásában

Önszervezően kritikus rendszerek: Bevezetés, alapfogalmak. Self-organized criticality. Homokdomb Biológiai evolúció. Példák és modellek

Kvantitatív Makyoh-topográfia , T

AutoN cr. Automatikus Kihajlási Hossz számítás AxisVM-ben. elméleti háttér és szemléltető példák február

Kétdimenziós mesterséges festési eljárások. Hatások és alkalmazások

Doktori (PhD) értekezés tézisei. Varga Imre

Reinforced Concrete Structures II. / Vasbetonszerkezetek II. VIII.

Végrehajtás lépései: a.) Anyagkiválasztás

Átírás:

Debreceni Egyetem Fizikai Tudományok Doktori Iskola Heterogén anyagok károsodása és törése Halász Zoltán Doktori értekezés védése Témavezető: Dr. Kun Ferenc A prezentáció elkészítését a TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0024 számú projekt támogatta. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

A nagy célok... Realisztikus modellek Univerzális modellek - Az anyagok realisztikus leírása - A mikroszerkezet és a feszültségtér kapcsolatának leírása - Az anyag,,előélete és a mikroszkopikus szerkezet kapcsolatának feltárása - A statisztikus fizika alkalmazása, illetve alkalmazhatósága - Anyagfüggetlen leírás - Kísérleti adatok és szimulációk kiértékelése És a rideg valóság... Specifikus, de minél univerzálisabb sztochasztikus modellek kidolgozása: 1. A heterogén mikroszerkezet és a lokális mechanikai jellemzők reprezentációja 2. A rendszerek makroszkopikus válaszának és a válasz függése a mikroszkopikus paraméterektől. 3. A kapott eredményeket és a szakirodalomban található eredmények kapcsolata. 2/27

A károsodás szálkötegmodellje ϭ ϭth E εth ε - Párhuzamos szálak elrendezve valamilyen rácson - Terhelés párhuzamos a szálakkal (nem rúdmodell!) - A Hooke-törvénynek megfelelő viselkedés (lineárisan rugalmas szálak) - A kölcsönhatás (a terhelés újraosztódásának) távolsága - Egyenletes újraosztódás (ELS) - Lokális újraosztódás (LLS) - A törési küszöbök valamilyen eloszlásból származnak 3/27

A szálkötegmodell kiterjesztése: Szálas szerkezetű kompozitok Kompozitok: - Beágyazó anyag -Szálak A szálak megcsúsznak, terhelésük lecsökken, pozíciójuk stabilizálódik... Csúszva tapadás (Stick -slip)! A gyakorlatban nem ilyen egyszerű: A struktúra átrendeződése Erőláncok átrendeződése 4/27

A stick-slip mechanizmus szálkötegmodellje A valóságban az elemek többszöri átrendeződésre képesek A szálat képessé kell tenni a többszöri megcsúszásra! ϭ ϭth ϭ ϭth3 ϭth2 ϭth1 ε1 ε2 ε ε3 ε1 ε2 ε ε3 5/27

A csúszva tapadás mechanizmusa Fagyott rendezetlenség esetén: : Egy szál megcsúszásához tartozó feszültség-növekmény : a terhelés-növekedés által kiváltott hossznövekedés DE! Lehet valamit mondani a lavinák megjelenéséről? 6/27

A csúszva tapadás mechanizmusa Legyen a csúszási küszöbök eloszlása Weibull-eloszlás! m: a csúszási küszöbök rendezetlenségének mértéke 7/27 Deformáció-kontrollált eset! A szimulációk képesek a konstitutív görbe teljes hosszát végigjárni.

A csúszva tapadás fázisdiagramja Kis rendezetlenségű fázis Nagy rendezetlenségű fázis 8/27

A csúszva tapadás mikroszkopikus mechanizmusa Analitikusan megadható a lavina-méret eloszlás: R.C.Hidalgo et al., PRE 80, 051108 (2009). Ha van kvadratikus maximum: De mi van akkor, ha nincs: 9/27 F-J. Perez-Reche et al., PRL 101, 230601 (2008). (Driving-Induced Crossover: From Classical Criticality to Self-Organized Criticality)

Tézispontok a stick slip dinamika vizsgálata tárgyköréből 1. A klasszikus szálkötegmodell olyan kiterjesztését dolgoztam ki, amelynek segítségével lehetővé vált a külső terhelésre a csúszva tapadás dinamikájával válaszoló rendszerek realisztikus vizsgálata. A modell újszerűsége a szálak egyedi viselkedésében rejlik: növekvő terhelés hatására a szálak egy véletlen terhelési küszöb elérésekor nem törnek el, hanem megcsúsznak, ezért újra képesek terhelés felvételére az eredeti rugalmassági modulusz megtartása mellett. A csúszási eseményt követően a az anyag lokálisan átstrukturálódhat, amit a modell a csúszási küszöbök változásával vesz figyelembe. 2. Analitikus számolásokkal és számítógépes szimulációkkal vizsgáltam a csúszva tapadás mechanizmussal rendelkező rendszerek deformációjának és törésének mikroszkópikus dinamikáját. 10/27 Z. Halasz and F. Kun, Fiber Bundle Model with stick-slip dynamics, Physical Review E 80. 7102 (2009). Z. Halasz and F. Kun, Slip avalanches in a fiber bundle model, Europhysics Letters 89, 6008 (2010). Z. Halasz and F. Kun, Fiber Bundle Model with stick-slip dynamics, 3rd International Conference on Multiscale Material Modelling, Freiburg, Germany (2006). F. Kun, Z. Halasz and Zs. Danku, Slip avalanches in a fiber bundle model, 5th International Conference on Multiscale Material Modelling, Freiburg, Germany (2010).

A szálkötegmodell kiterjesztése: Szubkritikus terhelés Szubkritikus terhelés - A terhelés nem okoz azonnali törést -Két időskála: Gyors azonnali törés,,lassú egyéb folyamatok Makroszkopikusan - Megjósolhatatlan -Zajos 11/27 Mikroszkopikusan - Repedés nukleáció (termikus) - Repedésterjedés -Relaxáció - Öngyógyulás (polimerek) Folyamatok versengése Cél: Meghatározni, hogyan függ a szubkritikus törés a mikroszkopikus jellemzőktől!

Károsodás-halmozódás a szálkötegmodellben 1. Ha a szál terhelése nagyobb, mint a törési küszöb: 2. Ha a felhalmozódott károsodás nagyobb, mint a károsodási küszöb: Két esemény között: A klasszikus modellből származó feltétel A teljes életidő alatt: A két törési küszöb származhat ugyanazon eloszlásból, de mivel függetlenek: A rendszer makroszkopikus válasza: Klasszikus FBM! A modell újdonsága: Szálak törése károsodás-halmozódás miatt! 12/27

Klaszter-növekedés és fázisdiagram Hogyan lehet garantálni az egyklaszter fejlődést? 2 Egy szál életideje: 13 13/27

Mikroszkopikus jellemzők és törési zaj Nagyobb lavinák, de gyorsabb folyamat! Lavinaméret-eloszlás Várakozási idő-eloszlás Mi okozza a zajt? Lokális újraosztódás T: Várakozási idő (két lavina között eltelt idő) E: Jelnagyság (az egy lavinában eltört elemek száma) Egyenletes újraosztódás 14/27

A model relevanciája A modell csupán két mikroszkopikus folyamatra lett leszűkítve, de tudjuk hogy sokkal több van! *Analitikusan meghatározható *Saját mérések A várakozásoknak megfelelően a model exponensei nagyságrendileg megegyeznek és,,valahol a két határeset között vannak. Az igazság sem ELS, sem LLS! 15/27

Tézispontok a szubkritikus terhelés tárgyköréből 3. A szálköteg modell keretében heterogén anyagok szubkritikus terhelés alatti viselkedését vizsgáltam figyelembe véve a mechanikai feszültség lokális újraosztódását a száltöréseket követően. Állandó nagyságú szubkritikus terhelés alatt időfüggő viselkedést az eredményez, hogy a még épen maradt terhelt elemek egy öregedési folyamaton mennek keresztül, ami károsodás - halmozódást okoz. Az átlagtér közelítésben végzett analitikus számítások és a számítógépes szimulációk azt mutatják, hogy a modell képes a szubkritikus rendszerek realisztikus leírására. 4. Számítógépes szimulációkkal vizsgáltam a kúszó törés mikroszkopikus dinamikáját. A sztohasztikus törési folyamat jellemzésére az időfejlődés mellett a repedések térbeli szerkezetét is elemeztem. F. Kun, Z. Halasz, S. Andrade Jr. and H. J. Herrmann, Cracklingnoise in sub-criticalfracture of heterogenousmaterials, Journal ofstatisticalmechanics: Theory and Experiment, P01:21(15) (2009). Z. Halasz, G.Timar and F. Kun, The effect of disorder on cracklingnoise in fracturephenomena, Progress of Theoretical Physics Supplement 184, 385-399 (2010). F. Kun, Z. Halasz and Zs. Danku, The competition of strength and stress disorder in creep rupture, Physical Review E 85, 016116 (2012). 16/27

Referált közlemények Z. Halasz and F. Kun, Fiber Bundle Model with stick-slip dynamics, Physical Review E 80. 7102 (2009). Z. Halasz and F. Kun, Slip avalanches in a fiber bundle model, Europhysics Letters 89, 6008 (2010). F. Kun, Z. Halasz, S. Andrade Jr. and H. J. Herrmann, Crackling noise in sub-critical fracture of heterogenous materials, Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment, P01:21(15) (2009). Z. Halasz, G. Timar and F. Kun, The effect of disorder on crackling noise in fracture phenomena, Progress of Theoretical Physics Supplement 184, 385-399 (2010). F. Kun, Z. Halasz and Zs. Danku, The competition of strength and stress disorder in creep rupture, Physical Review E 85, 016116 (2012). Z. Halasz and F. Kun, Fiber Bundle Model with stick-slip dynamics, 3rd International Conference on Multiscale Material Modeling, Freiburg, Germany (2006). F. Kun, Z. Halasz and Zs. Danku, Slip avalanches in a fiber bundle model, 5th International Conference on Multiscale Material Modeling, Freiburg, Germany (2010).

Mennyire tipikus ez a viselkedés? 13/27

A szöveges válaszokból, illetve a magyarázatokból nem egyértelmű, hogy az 5.6 ábrán bemutatott gyakorlati példákat melyik elvi ábrákkal kell összehasonlítani? (a) Titin óriásmolekula szakítódiagramja (b) Burridge-Knopoff modell deformáció-idő diagramja

A fázisátalakulásnak nevezett jelenség előfordulhat-e egy adott anyagkombináció esetén? Pl. Az adott kompozitban az erősítő szálak arányának változtatásával át lehet-e lépni egyik fázistérből a másikba? R.C.Hidalgo et al., Universality classs of fiber bundles with strong heterogenity, EPL 81, 54005 (2008).

Az 5.4-es ábrán látható, hogy az analitikusan meghatározott konstitutív görbékkel le lehet írni azt az esetet is, amikor a szálak a maximális csúszás elérésekor eltörnek, és nem végtelen teherbírású elemként viselkednek. Hogyan néz ki ebben az esetben a lavinák méreteloszlása? Ebben az esetben is megadható-e fázisdiagram? Ha a szálak eltörnek: