La modellazione microstrutturale di materiali a struttura eterogenea: princìpi ed applicazioni

Abstract

sono facilmente risolvibili con gli approcci tradizionali. Oltre allo studio delle proprietà effettive dei solidi eterogenei, vi è la crescente necessità di incorporare un maggiore numero di informazioni sui meccanismi di deformazione e danneggiamento generati alla microscala, anche per i materiali abitualmente considerati omogenei. Micromeccanismi di cavitazione e concentrazioni locali di tensione e deformazione, sono indispensabili per spiegare fenomeni non-lineari come la rottura di fatica o il cedimento duttile, altrimenti non inquadrabili con approcci classici di tensioni e deformazioni medie. La micromeccanica si occupa della determinazione precisa, o di una stima accurata, di grandezze di campo microstrutturali locali. In questo lavoro sono illustrati i princìpi che sono alla base dell'approccio micromeccanico, come i concetti di multiscala, di distribuzione statistica delle fasi, di descrizione mediante volumi di riferimento e di omogeneizzazione e localizzazione, e, attraverso alcune applicazioni pratiche delle principali tecniche di modellazione, sono illustrati e discussi criticamente i risultati della ricerca effettuata su varie strutture di ghisa nodulare. ABSTRACT.There are many problems in Solid Mechanics, Physics of Solids and Materials Science that can not been solved using conventional approaches. Besides the effective properties of non-homogeneous bodies, there is an increasing need for incorporating more physical information about small-scale mechanisms of deformation and damage into phenomenological models of plasticity and rupture of materials which are usually considered homogeneous. Cavitation, local stress or strain concentrations at small scale are essential to explain nonlinear phenomena, such as fatigue or ductile rupture, which are not understandable from the simple point of view of average stresses or strains. Precise determination or accurate estimation of local fields is the domain of micromechanics. This work treats the basic concepts of the micromechanics in a simple way, with some practical suggestion on the most commonly used modelling techniques and some applications made by the author on various nodular cast iron microstructures. KEYWORDS.Modellazione micromeccanica; Materiali a struttura eterogenea; Compositi; Comportamento elasto-plastico. INTRODUZIONE ALLA MECCANICA DEI MATERIALI MICROSTRUTTURATIMateriali microstrutturati e concetto di scala di osservazione a Micro-e Meso-Meccanica del Continuo è una branca relativamente giovane della Meccanica dei Materiali, che studia il comportamento meccanico dei materiali a livello microstrutturale. Molti dei materiali di interesse industriale ed ingegneristico, e la maggior parte dei materiali "naturali", presentano una struttura eterogenea, formata cioè da più costituenti o "fasi", distinguibili ad una certa (ridotta) scala di osservazione. In altre parole, ciò che al L

A micromechanical model of the evolution of stress and strain fields in ultrafine-grained metal structures under tension

“…Several methods are available for such a purpose (e.g. Collini and Nicoletto, 27 Nicoletto et al 28 and Collini 29 ), but here we apply the tessellation technique based on the Voronoi algorithm, 30 using a transmission electron microscope (TEM) micrograph of the UFG structure as a starting reference image (see Figure 2(a)). The result of the Voronoi tessellation is shown in Figure 2(b).…”

“…This modelling approach has previously proven itself to be a useful tool in studying the stress and strain fields of inhomogeneous materials at the microstructural level. 29 The periodicity assumption requires full displacement compatibility of the nodes that belong to any opposite boundary pair of the window; kinematics and kinetics relations were thus developed to link these nodes to each other. In particular, with reference to the notation shown in Figure 3, the following algebraic relations were implemented in the finite element code for each node set lying on the boundaries G ij and vertices C i (i,j = 1, ., 4)…”