Micromechanical Analysis for Transverse Properties of Ceramic/Metal Composite

세라믹/금속기지 복합재료의 특성예측을 위한 미시역학적 유한요소해석

  • 김태우 (국민대학교 기계자동차공학부) ;
  • 박상환 (한국과학기술연구원 복합기능세라믹스)
  • Published : 2001.06.01

Abstract

세라믹/금속기지 복합재료에서 횡방향의 단축인장하중을 받는 경우, 복합재료의 특성에 관한 시뮬레이션 결과이다. 세라믹과 금속기지간 계면에 강한 결합이 존재하는 복합재와, 계면에서의 결합이 약한 복합재의 두 경우에 대하여 횡방향 평균응력과 평균변형율에 대한 관계를 계산하였다. 복합재료의 미시역학적개념과 유한요소해석법을 적용하여 세라믹체적분율의 변화에 따라 각기 해석되었다. 본 연구에서 계산된 횡방향 탄성계수는 문헌에 알려져 있는 미시역학개념으로 유도된 식에 의한 횡방향탄성계수값과 잘 일치되었다. 계면에서 강한 결합이 있는 복합재와는 달리, 약한 결합의 복합재는 인장하중에 의하여 세라믹/금속계면에서 금속재료와 세라믹간의 분리가 발생된다. 이 분리는 전체복합재의 강성을 감소시키며, 금속의 부피분율이 감소될수록 (즉, 세라믹의 부피분율이 증가할수록) 횡방향 평균응력의 평균변형율에 대한 감소로 나타났다. 미시역학의 개념을 적용한 유한요소해석기법을 통하여, 이미 알고 있는 복합재 각 성분의 특성으로부터 복합재료의 계면특성과 횡방향특성을 예측할 수 있다.

References

  1. Mat. Sci. Eng. v.A231 Mechanical Behavior of Siliconcarbide Fiber-reinforced Strontium Aluminosilicate Glass-ceramic Composites N. P. Bansal
  2. Engineering Composite Materials B. Harris
  3. Failure Analysis of Industrial Composite Materials E. E. Gdoutos;K. Pilakoutas;C. A. Rodopoulos
  4. Micromechanical Materials Modeling J. M. Whitney;R. L. McCullough
  5. Comput. Materials. Sci. v.21 Multiple-cell Modeling of Fiber-reinforced Composites with the Presence of Interphases using the Boundary Element Method X. Chen;Y. Liu
  6. J. Mech Phys. Solids v.37 Effects of Interfacial Zone on Mechanical Behavior and Failure of Fiber-reinforced Composites J. D. Achenbach;H. Zhu
  7. Engineered Interfaces in Fiber Reinforced Composites J. Kim;Y. Mai
  8. Finite Element Modeling for Stress Analysis R. D. Cool
  9. Int. J. Solids, Struct. v.32 Fiber Matrix Debonding Effects on Cracking in Aligned Fiber Ceramic Composites B. Budiansky;A. G. Evans;J. Hutchinson
  10. J. Appl. Mech v.54 A Continuum Model for Void Nucleation by Inclusion Debonding A. Needleman
  11. User's manual ABAQUS
  12. Mat. Sci. Eng. v.A303 Production of Aluminum Matrix Composite Components using Conventional PM Technology G. O'Donnel;L. Looney
  13. 38th Annual Conference of the Society of Plastics Industry (SPI) NASA Tech Memo 83320 C. C. Chamis
  14. Composite Materials: Science and Engineering K. K. Chawla