Study on the Effect of Soft–Hard Material Interface Differences on Crack Deflection in Nacre-Inspired Brick-and-Mortar Structures

材料科学 刚度 复合材料 韧性 软化 偏转(物理) 灰浆 结构工程 变硬 工程类 光学 物理
作者
Yifan Wang,Xiao Yang,Shichao Niu,Biao Tang,Chun Shao
出处
期刊:Biomimetics [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:9 (11): 685-685
标识
DOI:10.3390/biomimetics9110685
摘要

Nacre has excellent balanced strength and toughness. In this paper, the mechanical performance of the typical “brick-and-mortar” structure, including the stress–strain and strain at the interface as well as the stress in the bricks, was calculated by a simplified analytical model of the nacre. This paper proposes a new method to control the crack deflection based on the toughening mechanism of the nacre. The crack extension of the “brick-and-mortar” structure was simulated using cohesive elements based on the traction–separation law with elastic and softening stiffness as variables, and it was found that both stiffness could effectively control the crack extension. The strength and toughness of the models with different stiffness combinations were calculated and plotted as a function of elastic stiffness and softening stiffness, showing that elastic stiffness significantly affects strength and softening stiffness is a determinant of toughness.
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