A three dimensional multiscale method for modeling fracture in nanocomposites

纳米复合材料断裂建模的三维多尺度方法

基本信息

批准号：
233096124
负责人：
Professor Dr.-Ing. Timon Rabczuk, Ph.D.
金额：
--
依托单位：
Institut für Strukturmechanik (ISM)
依托单位国家：
德国
项目类别：
Research Grants
财政年份：
2013
资助国家：
德国
起止时间：
2012-12-31 至 2016-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/233096124?language=en
关键词：
three dimensional multiscale method modeling

项目摘要

The main objective of this research proposal is to develop and validate a three-dimensional multiscale method for the analysis of fracture in nanocomposite materials. Nanocomposites consist of a polymer matrix and a clay reinforcement that promises to significantly improve the mechanical and thermal properties of pure polymers. The method will brigde three scales: the nano-scale to the micro-scale through a hierarchical upscaling approach and the microscale to the macro-scale by a concurrent multiscale method; i.e. a partition of unity enriched Arlequin method. We will use the extended finite element method to model fracture on the micro-scale and the macro-scale while molecular dynamics (MD) simulations will be used in order to determine the material parameters for the microscopic models. Cohesive zone models (CZM) will be used on the micro-scale as the fracture process zone in nanocomposites is large. To our best knowledge, it is one of the few attempts for a three-dimensional multiscale method that is used to 1. bridge three scales and 2. is applied to study the fracture of polymer-based materials. The method will be validated by comparisons to experimental data already obtained in the preliminary work. The final goal is to better understand the fracture of nanocomposites in order to improve constitutive models and to support future design of those materials (Computational Materials Design).

该研究建议的主要目的是开发和验证一种三维多尺度方法，用于分析纳米复合材料中的断裂。纳米复合材料由聚合物基质和粘土钢筋组成，该粘土有望显着改善纯聚合物的机械和热性能。该方法将通过层次上的上尺度方法和微观尺度的纳米尺度进行三个量表：通过并发的多尺度方法将微观尺度和微观尺度的微观尺度。即，富含统一的Arlequin方法的分区。我们将使用扩展有限元方法在微尺度和宏观尺度上对断裂进行建模，而分子动力学（MD）模拟将使用以确定显微镜模型的材料参数。由于纳米复合材料中的断裂过程区域很大，因此在微尺度上将使用凝聚区模型（CZM）。据我们所知，这是用于使用1的三维多尺度方法的少数尝试之一。桥接三个尺度和2。用于研究聚合物基材料的断裂。该方法将通过与初步工作中已经获得的实验数据进行比较来验证。最终目标是更好地了解纳米复合材料的断裂，以改善本构模型并支持这些材料的未来设计（计算材料设计）。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

An analytical solution on interface debonding for large diameter carbon nanotube-reinforced composite with functionally graded variation interphase

DOI：
10.1016/j.compstruct.2013.04.029
发表时间：
2013-10
期刊：
Composite Structures
影响因子：
6.3
作者：
Yancheng Zhang;Junhua Zhao;Yue Jia;Tarek Mabrouki;Y. Gong;Ning Wei;T. Rabczuk
通讯作者：
Yancheng Zhang;Junhua Zhao;Yue Jia;Tarek Mabrouki;Y. Gong;Ning Wei;T. Rabczuk

Effects of the dispersion of polymer wrapped two neighbouring single walled carbon nanotubes (SWNTs) on nanoengineering load transfer