Detail projektu

Combination of atomistic and higher-order elasticity approaches in fracture nanomechanics

Období řešení: 01.01.2017 — 31.12.2019

O projektu

The aim of the proposed project is to combine ab-initio and molecular dynamics approaches with higher order continuum theory involving intrinsic length-scales for investigation of size-dependent fracture properties of brittle nanofilms and nanosamples. The mechanical and fracture properties of such nanocomponents can significantly differ from their bulk counterparts as a result of their size and surface effects, and, subsequently, a fracture resistance prediction based on the classical fracture mechanics very often fails. The attention will focus on investigating the limits of applicability of the critical energy release rate for predicting the crack stability in nanoscale materials and a verification of validity of its value determined by atomistic approaches in the frame of fracture nanomechanics for the whole size range nano-micro-macro. The proposed approach allows addressing deformation and fracture problems at micron and nano scales in an effective and computationally robust manner thus helping to bridge the gap between classical continuum theories and atomic-lattice theories.

Popis česky
Navrhovaný projekt se má zabývat studiem lomových vlastností křehkých nanofilmů a nanovzorků a jejich závislosti na velikosti vzorku pomocí kombinace prvoprincipialních výpočtů, molekulární dynamiky a teorie elasticity vyššího řádu, která zahrnuje charakteristické rozměry mikrostruktury materiálu. Velikost a povrchové efekty mají dopad na mechanické a lomové vlastnosti nanoskopických těles, které se tak mohou významně lišit od odpovídajících hodnot získaných na makroskopických tělesech. Následně predikce odolnosti vůči lomu založená na klasické lomové mechanice může často vést k chybným závěrům. Pozornost v projektu se soustředí na nalezení mezí aplikovatelnosti kritické rychlosti uvolňování energie pro predikci stability trhliny v nanomateriálech a na verifikaci platnosti její hodnoty stanovené pomocí atomistického přístupu v celém oboru nano-mikro-makro. Navržený přístup umožňuje popsat problémy deformace a lomu na mikro a nano úrovni efektivním a výpočtově robustním způsobem a přispět tak k propojení teorií kontinua s atomárními modely.

Klíčová slova
Atomistic simulations;higher order elasticity theory;nanostructure;fracture;size effect;

Klíčová slova česky
Atomistické simulace;teorie elasticity vyššího řádu;nanostruktury;lom;vliv velikosti;

Označení

17-18566S

Originální jazyk

angličtina

Řešitelé

Útvary

Pokročilé kovové materiály a kompozity na bázi kovů
- příjemce (01.01.2017 - nezadáno)

Zdroje financování

Grantová agentura České republiky - Standardní projekty

- plně financující (2017-01-25 - 2019-12-31)

Výsledky

ČERNÝ, M.; ŘEHÁK, P.; POKLUDA, J. The origin of lattice instability in bcc tungsten under triaxial loading. PHILOSOPHICAL MAGAZINE, 2017, vol. 97, no. 32, p. 2971-2984. ISSN: 1478-6443.
Detail

SLÁMEČKA, K.; POKLUDA. Simple criterion for predicting fatigue life under combined bending and torsion loading. Frattura ed Integrita Strutturale, 2017, vol. 11, no. 41, p. 123-128. ISSN: 1971-8993.
Detail

VOJTEK, T.; ŽÁK, S.; POKLUDA, J. On the connection between mode II and mode III effective thresholds in metals. Frattura ed Integrita Strutturale, 2017, vol. 11, no. 41, p. 245-251. ISSN: 1971-8993.
Detail

KOTOUL, M.; SKALKA, P. Applicability of the critical energy release rate for predicting the growth of a crack in nanoscale materials applying the strain gradient elasticity theory. In Advances in Fracture and Damage Mechanics XVI. Key Engineering Materials (web). Švýcarsko: Trans Tech Publications Ltd, 2017. p. 185-188. ISBN: 978-3-0357-1168-4. ISSN: 1662-9795.
Detail

KOTOUL, M.; SKALKA, P.; PROFANT, T.; ŘEHÁK, P.; ŠESTÁK, P.; FRIÁK, M. Prediction of the Critical Energy Release Rate of Nanostructured Solids using the Laplacian Version of the Strain Gradient Elasticity Theory. In Advances in Fracture and Damage Mechanics XVII. Key Engineering Materials (CD). Scientific Net, 2018. p. 447-452. ISSN: 1662-9809.
Detail

ŠESTÁK, P.; ČERNÝ, M.; ZHANG, Z.; POKLUDA, J. Extraordinary Response of H-Charged and H-Free Coherent Grain Boundaries in Nickel to Multiaxial Loading. Crystals, 2020, vol. 10, no. 7, p. 1-12. ISSN: 2073-4352.
Detail

FRIÁK, M.; KROUPA, P.; HOLEC, D.; ŠOB, M. An Ab Initio Study of Pressure-Induced Reversal of Elastically Stiff and Soft Directions in YN and ScN and Its Effect in Nanocomposites Containing These Nitrides. Nanomaterials, 2018, vol. 8, no. 12, p. 1-14. ISSN: 2079-4991.
Detail

KOTOUL, M.; SKALKA, P.; PROFANT, T.; FRIÁK, M.; ŘEHÁK, P.; ŠESTÁK, P.; ČERNÝ, M.; POKLUDA, J. Ab Initio Aided Strain Gradient Elasticity Theory in Prediction of Nanocomponent Fracture. Mechanics of Materials, 2019, vol. 136, no. 9, p. 103074-1 (103074-10 p.)ISSN: 0167-6636.
Detail

KOTOUL, M.; SKALKA, P.; PROFANT, T.; ŘEHÁK, P.; ŠESTÁK, P.; ČERNÝ, M.; POKLUDA, J. A novel multiscale approach to brittle fracture of nano/micro-sized components. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 2019, vol. 43, no. 8, p. 1630-1645. ISSN: 8756-758X.
Detail

PROFANT, T.; POKLUDA, J. The ab-initio aided strain gradient elasticity theory: a new concept for fracture nanomechanics. Frattura ed Integrita Strutturale, 2019, no. 49, p. 107-114. ISSN: 1971-8993.
Detail

ČERNÝ, M.; ŠESTÁK, P.; ŘEHÁK, P.; VŠIANSKÁ, M.; ŠOB, M. Atomistic approaches to cleavage of interfaces. MODELLING AND SIMULATION IN MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING, 2019, vol. 27, no. 3, p. 035007-1 (035007-20 p.)ISSN: 0965-0393.
Detail