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Numerical modeling of thermally induced microcracking in porous ceramics: An approach using cohesive elements

  • A numerical framework is developed to study the hysteresis of elastic properties of porous ceramics as a function of temperature. The developed numerical model is capable of employing experimentally measured crystallographic orientation distribution and coefficient of thermal expansion values. For realistic modeling of the microstructure, Voronoi polygons are used to generate polycrystalline grains. Some grains are considered as voids, to simulate the material porosity. To model intercrystalline cracking, cohesive elements are inserted along grain boundaries. Crack healing (recovery of the initial properties) upon closure is taken into account with special cohesive elements implemented in the commercial code ABAQUS. The numerical model can be used to estimate fracture properties governing the cohesive behavior through inverse analysis procedure. The model is applied to a porous cordierite ceramic. The obtained fracture properties are further used to successfully simulate generalA numerical framework is developed to study the hysteresis of elastic properties of porous ceramics as a function of temperature. The developed numerical model is capable of employing experimentally measured crystallographic orientation distribution and coefficient of thermal expansion values. For realistic modeling of the microstructure, Voronoi polygons are used to generate polycrystalline grains. Some grains are considered as voids, to simulate the material porosity. To model intercrystalline cracking, cohesive elements are inserted along grain boundaries. Crack healing (recovery of the initial properties) upon closure is taken into account with special cohesive elements implemented in the commercial code ABAQUS. The numerical model can be used to estimate fracture properties governing the cohesive behavior through inverse analysis procedure. The model is applied to a porous cordierite ceramic. The obtained fracture properties are further used to successfully simulate general non-linear macroscopic stress-strain curves of cordierite, thereby validating the model.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Giovanni BrunoORCiD, V. Buljak
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Journal of the European Ceramic Society
Jahr der Erstveröffentlichung:2018
Organisationseinheit der BAM:8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.5 Röntgenbildgebung
Verlag:Elsevier Ltd.
Jahrgang/Band:38
Ausgabe/Heft:11
Erste Seite:4099
Letzte Seite:4108
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Cohesive finite elements; Cordierite; Hysteresis; Interfacial strength; Inverse analysis; Thermal expansion; Young’s modulus
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Degradation von Werkstoffen
DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2018.03.041
ISSN:0955-2219
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:07.06.2018
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:05.07.2018
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