Ductile fracture of high entropy alloys: From the design of an experimental campaign to the development of a micromechanics-based modeling framework

微观力学 材料科学 屈服面 聚结(物理) 断裂韧性 机械 超弹性材料 缩颈 有限元法 剪切(地质) 高熵合金 结构工程 复合材料 本构方程 合金 工程类 物理 天体生物学 复合数
作者
Antoine Hilhorst,Julien Leclerc,Thomas Pardoen,Pascal Jacques,Ludovic Noels,Vân Dung Nguyễn
出处
期刊:Engineering Fracture Mechanics [Elsevier]
卷期号:275: 108844-108844 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.engfracmech.2022.108844
摘要

Cantor-type high entropy alloys form a new family of metallic alloys characterized by a combination of high strength and high fracture toughness. An experimental study on the CoCrNi alloy is first performed to determine the damage and fracture mechanisms under various stress states. A micromechanics-based ductile fracture model is identified and validated using these experimental data. The model corresponds to a hyperelastic finite strain multi-yield surface constitutive description coupled with multiple nonlocal variables. The yield surfaces consist of three distinct nonlocal solutions corresponding to three different modes of void expansion within an elastoplastic matrix: a void growth mode governed by a Gurson-based yield surface corrected for shear effects, an internal necking-driven coalescence mode governed by an extension of the Thomason yield surface based on the maximum principal stress, and a shear-driven coalescence mode governed by the maximum shear stress. This advanced formulation embedded in a large strain finite element setup captures the effects not only of the stress triaxiality but also of the Lode variable. In particular, the analysis shows that a failure model accounting for these two invariants of the stress tensor captures the fracture in high-entropy alloys over a wide range of conditions.

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