Deformation of crack-bridging ductile reinforcements in toughened brittle materials
✍ Scribed by Mataga, P.A.
- Publisher
- Elsevier Science
- Year
- 1989
- Weight
- 890 KB
- Volume
- 37
- Category
- Article
- ISSN
- 0001-6160
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✦ Synopsis
The addition of a dispersed ductile phase to a brittle material can lead to significant increases in fracture resistance compared to the untoughened matrix material. Often the important mechanism appears to be bridging by intact ductile ligaments behind the advancing crack tip. Although a framework for predicting toughness enhancements from bridging mechanisms exists, the required detailed model of ligament deformation which would provide the load-extension relation for a typical ligament has not been available. In this paper, numerical modeling of a plastically deforming ligament constrained by surrounding elastic matrix material is performed and the relevant toughness enhancement information extracted. Comparison is made to model experiments as needed to investigate such deformation processes as well as to toughnesses measured for technologically important composites. The results suggest that debonding along the interface between the ligament and the matrix may enhance the toughening effect of a ductile phase.
R6sum6--L'addition d'une phase ductile dispers6e dans un mat6riau fragile peut accroitre de faqon significative sa r6sistance 5. la rupture par rapport 5. la matrice qui n'a pas 6t6 consolid6e. Le m6canisme important semble 6tre souvent la liaison entre ligaments ductiles intacts laiss6s derri6re l'extr6mit6 des fissures qui avancent. Bien qu'il existe un sch6ma pour pr6dire l'augmentation de durcissement 5. partir des m6canismes de liaison, on ne dispose pas d'un mod61e d6taill6 de la d6formation des ligaments qui fournirait la relation charge-allongement pour un ligament donn6. Nous pr6sentons dans cet article la mod61isation num6rique d'un ligament qui se d6forme plastiquement quand il est contraint par la matrice 61astique qui l'entoure, et nous en d6duisons l'augmentation de r6sistance qui en r6sulte. Nous comparons ces r6sultats 5. des exp6riences mod61es, ce que est n6cessaire pour &udier de tels m6canismes de dbformation, ainsi qu'aux r6sistances mesur6es sur des composites importants d'un point de vue technologique. Les r6sultats sugg6rent que la d6coh6sion ~, l'interface entre le ligament et la matrice peut accro~tre l'effet de durcissement par une phase ductile.
Zusammenfassung--Zugabe einer verteilten duktilen Phase zu einem spr6den Material kann zu einer bedeutenden Verbesserung des Bruchwiderstandes verglichen, mit dem unge~inderten Matrixmaterial, fiihren. Hfiufig scheint der wichtige Mechanismus das ~berbriicken des Risses dutch intakte duktile Bfinder hinter der fortschreitenden RiBspitze zu sein. Zwar gibt as einen Rahmen, in dem die Verbesserung der Z~ihigkeit durch den Oberbriickungsmechanismus vorausgesagt werden kann, aber das ben6tigte ausffihrliche Modell der Verformung der B~inder, mit dem man einen Zusammenhang zwischen Last und Dehnung fiir einen typischen Band erhalten k6nnte, ist noch nicht verftigbar. In dieser Arbeit wird die plastische Verformung eines durch die umgebende, elastisch sich verhaltende, Matrix eingeschrfinkten Bandes numerisch berechnet; daraus wird die Verbesserung der Zii.higkeit extrahiert. Die Ergebnisse werden mit Modellexperimenten, wie sie notwendig sind zur Untersuchung einer solchen Verformung, und mit gemessenen ZS.higkeitswerten yon technologisch wichtigen Werkstoffen verglichen. Die Ergebnisse weisen darauf bin, dab die Abl6sung entlang der Grenzfl~iche zwischen Band und Matrix zur Z~ihigkeitsverbessern durch eine duktile Phase welter beitragen kann.