Simulation of the propagation speed of prefabricated crack in ceramic sample under flame thermal shock by the phase-field method

Der Artikel untersucht die Ausbreitungsgeschwindigkeit von vorgefertigten Rissen in keramischen Proben, die einem Flammenthermoschock unterzogen werden, unter Anwendung der Phasenfeld-Methode. Sie unterstreicht die Vorteile dieser Methode bei der Vorhersage komplexer Rissverläufe in spröden Materialien und adressiert eine bedeutende Lücke in der Literatur, wo die Hochgeschwindigkeitsausbreitung von Rissen unter Hitzeschocks weitgehend übersehen wurde. In der Studie wird das Modell der Gradientenschäden für elastodynamische Probleme in Verbindung mit thermischer Belastung neu formuliert und in einen dynamischen Finite-Elemente-Code zur Analyse heißer Thermoschock-Probleme implementiert. Schlüsselergebnisse sind der Einfluss von Rissneigungswinkeln, Abständen zwischen Rissspitzen und der aufgeheizten Oberfläche sowie Risslängen auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit. Der Artikel diskutiert auch die Empfindlichkeit der Maschenweite, wodurch die Rechensicherheit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Effizienz gewährleistet wird. Durch die Einbeziehung dynamischer Effekte liefert das Phasenfeld-Modell eine genauere Simulation des Risswachstums und enthüllt charakteristische Merkmale wie vollständige Risse und den Anstieg der Rissausbreitungsgeschwindigkeit in der Endphase des Risses. Diese Forschung bietet wertvolle Einblicke in die Versagensmechanismen von Keramiken unter Temperaturschocks und ebnet den Weg für eine verbesserte Sicherheitsleistung in Arbeitsumgebungen mit hohen Temperaturen.