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Effects of prestrain on the ductile-to-brittle transition of ice

材料科学 蠕动 应变率 断裂韧性 脆性 复合材料 断裂(地质) 冶金
作者
Scott A. Snyder,E. M. Schulson,Carl E. Renshaw
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier BV]
卷期号:108: 110-127 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2016.01.062
摘要

The ductile-to-brittle transition was investigated in prestrained columnar ice at −10 °C. Laboratory-grown specimens of freshwater and saline ice were prestrained under uniaxial across-column compression (to levels from εp = 0.003 to εp = 0.20, at constant strain rates in the ductile regime) and likewise reloaded (at rates from 1 × 10−6s−1 to 3 × 10−2s−1). Prestrain caused solid-state recrystallization as well as damage in the form of non-propagating microcracks. The ductile-to-brittle transition strain rate ε˙D/B increased by a factor of 3–10 after prestrain of εp = 0.035 in both freshwater and saline ice, compared to that of initially undamaged ice of the same type. Additional prestrain had little further effect on ε˙D/B. The results are interpreted within the framework of a model (proposed by Schulson, 1990, and Renshaw and Schulson, 2001) that predicts the transition strain rate based on the micromechanical boundary between creep and fracture processes. Model parameters primarily affected by prestrain were the power-law creep coefficient B (more so than the creep exponent n), Young's modulus E and, by extension, the fracture toughness KIc.
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