Смолин А.Ю.   Коноваленко И.С.   Псахье С.Г.  

Моделирование керамики с гелевым наполнителем

Докладчик: Смолин А.Ю.

На основе метода подвижных клеточных автоматов разработана численная модель керамики, заполненной гелем. Функция отклика автоматов, моделирующих керамику, соответствовала упруго-хрупкому телу, а автоматов геля – упруго-пластическому с билинейным упрочнением. В качестве критерия разрыва межавтоматных связей, соответствующих керамике, использовался критерий Мизеса, а для пар «керамика–гель» – двухпараметрический критерий Друкера-Прагера. Моделировалась крупнокристаллическая керамика ZrO₂(Y₂O₃) с величиной общей пористости 30%.

Изучалось одноосное сжатие плоских образцов как с пустыми, так и с заполненными гелем порами. Размер образцов составлял 300×300 мкм, размер клеточного автомата 1 мкм соответствовал среднему размеру зерна. Структура пор задавалась двумя способами. В первом способе учитывались только ячейки пор, во втором – ячейки и поры размером 2 мкм. Поры генерировались путем удаления в случайном порядке одиночных автоматов (при втором способе), а также шести их ближайших соседей (при первом способе) из исходной плотной упаковки автоматов.

Показано, что во всех рассмотренных случаях пропитка пористых образцов гелем приводит к изменению распределения концентраторов напряжений в образце, в частности делает его более равномерным. Так при одной и той же поровой структуре образцов с гелем и без него места образования в них трещин и путь их распространения различны. При этом у образцов с гелем система трещин ближе к системе трещин сплошного тела, чем у аналогичных образцов без геля.

Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными показало их хорошее качественное соответствие в области пористости более 45%. В двумерном случае данное значение пористости соответствует 30%. Таким образом, построенная в рамках метода подвижных клеточных автоматов модель пористой керамики пропитанной гелем позволяет качественно описать механическое поведение и отклик данного материала при сжатии.