Microstructural effects on damage in composites - computational analysis

In this paper, microstructural effects on the damage resistance of composite materials are studied numerically using methods of computational mesomechanics of materials and virtual experiments. Several methods and programs for automatic generation of 3D microstructural models of composites based on the geometrical description of microstructures as well as on the voxel array data have been developed and tested. 3D FE (Finite Element) simulations of the deformation and damage evolution in particle reinforced composites are carried out for different microstructures of the composites. Some recommendations for the improvement of the damage resistance of lightweight metal matrix composites with ceramic reinforcements are obtained.

---

W artykule przedstawiono analizę wpływu mikrostruktury materiałów kompozytowych na ich odporność na zniszczenie, przeprowadzając badania symulacyjne oparte na modelach obliczeniowych stosowanych w mezo-mechanice oraz na eksperymentach numerycznych. Opisano zaproponowane i przetestowane programy do automatycznego generowania trójwymiarowych modeli mikrostruktur kompozytowych bazujące na opisie geometrycznym z zastosowaniem techniki wokseli (3-wymiarowych odpowiedników pikseli). Przeprowadzono symulacje deformacji i ewolucji zniszczenia elementów skończonych reprezentujących kompozyty z wtrąceniami punktowymi o różnej mikrostrukturze. Sformułowano pewne wytyczne dla poprawy odporności na zniszczenia lekkich kompozytów zbudowanych z metalicznego lepiszcza wzmacnianego ceramiką.