Heat Conduction and Cracking of Functionally Graded Materials Using an FDEM-Based Thermo-Mechanical Coupling Model

材料科学 热冲击 热的 热传导 多物理 复合材料 断裂力学 传热 GSM演进的增强数据速率 有限元法 材料性能 机械 结构工程 计算机科学 工程类 物理 电信 气象学
作者
Han Du,Hongwei Fan,Chengzeng Yan,Tie Wang,Yang Yu,Saqib Ali,Gang Wang
出处
期刊:Applied sciences [MDPI AG]
卷期号:12 (23): 12279-12279 被引量:8
标识
DOI:10.3390/app122312279
摘要

In this paper, the steady-state and transient heat transfer processes of functionally graded materials (FGMs) are analyzed using a coupled thermo-mechanical model in a GPU parallel multiphysics finite–discrete element software, namely MultiFracS. First, the coupled model to handle the heat transfer problem of heterogeneous materials is verified. Then, the advantages and disadvantages of FGMs and composite materials in response to thermal shock loads are compared and the results indicate that FGMs can overcome extreme environments better than composite materials. Finally, the influence of the geometric distribution characteristics of the double-edge cracks in the gradient material plate on the crack propagation is analyzed. The simulation results show that the interaction between the cracks affects the crack propagation path under the thermal load. The inclination angle and spacing of double-edge cracks greatly influence crack propagation. Specifically, a larger inclination angle and spacing can lead to a smaller crack propagation angle. The approach in this paper provides a new quantitative tool for investigating the thermal, elastic, and cracking of functionally graded materials.

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