Cracking in particulate composites due to thermalmechanical stress

Abstract

Numerical computations of the strain energy release rate for cracks propagating around the interface between a spherical particle and a matrix have been used to determine the strain energy release rate function for the case where stresses arise due to differential thermal contraction. The strain-energy release rate function was found to exhibit a maximum as a function of crack length consistent with the theoretical conditions for crack extension and arrest proposed by Lange. The calculations show that a critical particle size exists below which crack extention does not occur for a given thermalmechanical stress. The predicted critical particle size correlates well with experimental results.

Résumé

Des calculs numériques de la relaxation d'énergie de déformation dans le cas de fissure se propageant au voisinage de l'interface entre une particule sphérique et une matrice ont été utilisés en vue de déterminer la fonction de relaxation de vitesse d'énergie de déformation dans le cas où les contraintes sont créées par une contraction thermique différentielle. Cette fonction a été trouvée telle qu'elle présente un maximum suivant la longueur de fissure et que ce maximum est compatible avec les conditions théoriques d'extension de fissure et d'arrêt de fissure proposées par Lange. Les calculs montrent qu'il existe une dimension critique de particule en-dessous de laquelle l'extension de fissure ne se produit pas pour en système donné de contrainte thermomécanique. La dimension critique de particule que l'on peut prédire est en bonne corrélation avec les résultats expérimentaux.