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Dec 04, 2023

均質化アプローチとシュタイグマンによる多孔質材料の収率基準について

Scientific Reports volume 13、記事番号: 10951 (2023) この記事を引用 118 アクセス 1 Altmetric Metrics の詳細 この研究では、以下を使用してナノ多孔質材料の収量基準を調査します。

Scientific Reports volume 13、記事番号: 10951 (2023) この記事を引用

118 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

この研究では、均質化アプローチと Steigmann-Ogden 表面モデルを使用して、ナノ多孔質材料の収率基準を調査します。 代表的な体積要素は、小さなナノボイドを含む無限マトリックスとして提案されます。 マトリックスは非圧縮性で、剛体で完全にプラスチックであり、フォンミーゼス材料とナノボイドは希釈されており、サイズが等しい。 まず、微視的応力と微視的ひずみ速度の構成要素が流動基準に基づいて確立されます。 第二に、ヒルの補題によれば、巨視的等価弾性率と微視的等価弾性率との間の関係は、均質化アプローチによって確立される。 第三に、表面パラメータ、空隙率、およびナノボイド半径を含むシュタイグマン・オグデン表面モデルを含む巨視的等価係数が、試験的な顕微鏡速度場から導出される。 最後に、ナノ多孔質材料の暗黙的な巨視的収率基準が開発されます。 表面弾性率、ナノボイド半径、気孔率の研究は、広範な数値実験を通じて開発されています。 この論文の研究結果は、ナノ多孔質材料の設計と製造にとって参考となる重要性を持っています。

ナノ多孔質材料は、高気孔率 1、大きな比表面積、高熱伝導率、高電気伝導率、高エネルギー吸着性、耐食性などの優れた材料特性を備えています。 ナノ多孔質材料の優れた特性により、実効弾性率 2、3、弾性応答 4、5、6、7 およびナノ多孔質材料の強度分析の研究を含む関連研究論文も開発されています 8、9。

これらの研究の中で、ほとんどの文献は弾性特性に対する表面および界面の機械的応答の影響に限定されており、ナノ多孔質材料の設計と製造に重要な意味を持つナノ多孔質材料の強度基準には焦点が当てられていません。 多孔質材料の降伏基準に関しては、Gurson1 がエネルギーの観点から試行した微視的速度場に基づいた有名な Gurson 降伏基準を提案しました。 巨視的降伏基準に対する空隙率の影響は、ガーソン降伏基準では十分に考慮されているため、巨視的降伏基準は巨視的等価応力と巨視的平均応力の両方に依存します。 空隙の相互作用と合体の影響は無視されていたため、Tvergaard10 は有限要素単位セル計算を使用して校正することにより、Gurson 降伏基準を改善しました。 Tvergaard と Needleman 11 は、有名な GTN モデルとして知られる一連の弾塑性構成関係に従って、巨視的な降伏基準をさらに拡張しました。

ナノ多孔質材料の収率基準に関する研究では、学者は主に数値的手法と理論的手法の 2 つの方法を実行しています12,13。 重要な数値的手法として、有限要素理論はナノ多孔質材料の降伏基準の研究にも使用されます。 Nasir et al.14 は、空隙サイズ効果を含むガーソン型降伏関数と有限要素理論を組み合わせて、球状空隙周囲の膜の界面応力に基づいてアルミニウム材料の成形限界を予測しました。 結果は、空隙サイズが小さくなると、材料の延性限界が増加することを示しています。 Espeseth et al.15 は、マトリックス材料に埋め込まれた単一の球形の空隙からなる有限要素ベースの単位セルの数値研究を発表しました。サイズ効果は空隙のある多孔質プラスチック モデルで表されます。 Espeseth は、さまざまな応力状態下での空隙の成長と合体に対するマトリックス材料の固有の長さスケールの影響を調査しました。 古典的な有限要素理論とは異なり、Usman ら 16 は、離散転位塑性シミュレーションを使用し、拡張有限要素法 (XFEM) を使用して変位の不連続性をモデル化することにより、ボイドの成長の微小機構に対するボイドの形状の影響を調査しました。