A Nonequilibrium Thermodynamics‐Based Model to Predict Fatigue Failure in Particle‐Reinforced Metal Matrix Composites

材料科学 非平衡态热力学 复合材料 粒子(生态学) 基质(化学分析) 金属 热力学 冶金 物理 海洋学 地质学
作者
Shashwat Srivastava,Abhishek Tevatia
出处
期刊:Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures [Wiley]
卷期号:48 (8): 3255-3268
标识
DOI:10.1111/ffe.14671
摘要

ABSTRACT The presented fatigue crack growth (FCG) life prediction model for particle‐reinforced metal matrix composites (MMCs) leverages nonequilibrium thermodynamics to characterize the life cycle of crack growth. The model uses an energy balance approach to evaluate FCG rates, focusing on the specific dissipated plastic energy per unit area within the cyclic plastic zone (CPZ), quantified as the area under the cyclic stress–strain curve. The model includes microstructural parameters through strengthening mechanisms, enhancing the model's accuracy. The closed‐form analytical solution shows strong alignment with the experimental data across various particle‐reinforced MMCs, thereby providing reliable FCG life predictions. The key microstructural parameters, including strain amplitude, hardening exponent, strength coefficient, and particle volume fraction, affect the fatigue life and crack propagation resistance. Polar plots of strain amplitude variations further provide insight into the crack propagation around the CPZ, highlighting the influence of microstructural parameters on crack growth.

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