Modelowanie procesów powstawania uszkodzeń i spękań
Materiały polikrystaliczne złożone z agregatów kryształów lub z ziaren o różnej wielkości i orientacji wykazują podczas pękania skomplikowane zachowania, które trudno uchwycić w modelach jednoskalowych. Poznanie tych zachowań ma kluczowe znaczenie dla opracowywania lżejszych i bardziej niezawodnych konstrukcji pojazdów, które pozwolą ograniczać emisje i koszty, a zwiększać bezpieczeństwo. W ramach finansowanego ze środków UE projektu MULTISCALE MODEL naukowcy zastosowali nowatorską formułę całkowania spoistej granicy ziarna w celu powiązania informacji z różnych skal. Nowa metoda pozwala płynnie uwzględniać wpływ struktur w mikroskali na reakcje kontinuum w skali makro, które z kolei wpływają zwrotnie na rozwój mikrostanów podczas powstawania i propagacji pęknięć. Model na poziomie ziarna oparty na formule spoisto-frykcyjnej granicy ziarna uwzględnia postępującą degradację między ziarnami oraz defekty materiałów polikrystalicznych w skali mikro. Uzyskane wyniki obliczeniowe są zbieżne z istniejącymi danymi. Model mikroskalowy zintegrowano z modelem wieloskalowym, w którym skala makro jest opisana klasyczną formułą elementów granicznych. Zastosowanie procedury homogenizacji pozwala przewidywać uszkodzenia w skali makro wynikające z postępujących defektów między ziarnami mikrostruktury. Wyniki projektu MULTISCALE MODEL zaprezentowano na kilku konferencjach międzynarodowych oraz w kilku publikacjach w czasopismach naukowych. Przewidywanie propagacji pęknięć nadal opiera się w znacznym stopniu na założeniach częściowo empirycznych. Dokładniejsze modelowanie defektów kruchości w materiałach polikrystalicznych będzie mieć duże znaczenie dla europejskiego przemysłu lotniczego i motoryzacyjnego. Poza ulepszeniem obecnych praktyk inżynierskich i konserwacyjnych uzyskane wyniki przyczynią się też do umocnienia pozycji UE w dynamicznej dziedzinie modelowania wieloskalowego.
Słowa kluczowe
Pęknięcie, model wieloskalowy, polikrystaliczny, spoista granica ziarna, homogenizacja materiału
