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Effective elastic moduli and failure mechanisms of a random assembly of thin walled glass microbubbles

  • In this work a methodology is presented to estimate the elastic properties and failure mechanisms of an assembly of random, brittle microbubbles. The approach is based on the mechanics of frictionless micro-contact between hollow spherical shells by employing relations from classical shell theory and verified by two dimensional axisymmetric Finite Elements. The estimated values are in agreement with available experimental values. Moreover, a granular type analytical homogenization model provides an isotropic elastic constitutive law to be used for the macroscopic deformation of an assembly of glass micro-bubbles when it is compressed by external loads. In addition, approximate estimates are also proposed for two important micro-failure mechanisms of such assemblies that relate either to the splitting or to the buckling of a brittle spherical shell, prior its complete crushing. The results are novel and are expected to enhance the application of glass microbubbles directly in acuteIn this work a methodology is presented to estimate the elastic properties and failure mechanisms of an assembly of random, brittle microbubbles. The approach is based on the mechanics of frictionless micro-contact between hollow spherical shells by employing relations from classical shell theory and verified by two dimensional axisymmetric Finite Elements. The estimated values are in agreement with available experimental values. Moreover, a granular type analytical homogenization model provides an isotropic elastic constitutive law to be used for the macroscopic deformation of an assembly of glass micro-bubbles when it is compressed by external loads. In addition, approximate estimates are also proposed for two important micro-failure mechanisms of such assemblies that relate either to the splitting or to the buckling of a brittle spherical shell, prior its complete crushing. The results are novel and are expected to enhance the application of glass microbubbles directly in acute thermal insulation problems such as liquid hydrogen storage.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Antonios E. Giannakopoulos, Athanasios Zisis, Anna D. Zervaki, Christos D. DimopoulosORCiD, Efstathios PlatypodisORCiD, Robert EberweinORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):International Journal of Solids and Structures
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher
3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher / 3.5 Sicherheit von Gasspeichern und Gefahrguttanks
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Elsevier BV
Verlagsort:Amsterdam
Jahrgang/Band:320
Aufsatznummer:113528
Erste Seite:1
Letzte Seite:11
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Cryogenic Vessels; Insulation; LH2
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Energie / Wasserstoff
Material
Material / Advanced Materials
DOI:10.1016/j.ijsolstr.2025.113528
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-634354
ISSN:0020-7683
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:19.06.2025
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:16.07.2025
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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