ASSOCIAZIONE ITALIANA PER L’ANALISI DELLE SOLLECITAZIONI XXXIV CONVEGNO NAZIONALE — 14–17 SETTEMBRE 2005, POLITECNICO DI MILANO * Corresponding author: Tel.: 0984 494662 ; Fax.: 0984 494673; E-mail:carmine.maletta@unical.it Analisi termo-meccanica di compositi allumina zirconia mediante elementi finiti ibridi F.M. Furgiuele, C. Maletta*, R. Mammoliti Dipartimento di Meccanica, Università della Calabria, Via P. Bucci 44C, 87036 Arcavacata di Rende (CS), Italy Sommario Nel presente lavoro viene proposto un metodo agli elementi finiti ibridi, basato sul metodo delle celle di Voronoi, per l’analisi termo-meccanica di materiali eterogenei in presenza di difetti di tipo acuto. Il metodo proposto utilizza due differenti formulazioni ibride degli elementi per la modellazione delle eterogeneità del materiale e dei difetti acuti presenti nella matrice. Il metodo è stato applicato all’analisi di compositi ceramici allumina-zirconia per la valutazione delle costanti elastiche equivalenti, del coefficiente di espansione termica e del fattore di intensità delle tensioni. Nella valutazione del fattore di intensità delle tensioni vengono considerati gli effetti delle tensioni residue, che si generano durante la fase di raffreddamento del processo di sinterizzazione, nonché della trasformazione di fase t→m della zirconia. I risultati delle simulazioni sono confrontati con i dati sperimentali disponibili in letteratura. Abstract In the present work a hybrid finite element method, based on the Voronoi Cell method, is proposed for the thermo-mechanical analysis of heterogeneous materials containing cracks. The proposed method uses two different hybrid element formulations to model the second phase heterogeneities of the material and the crack tips. The method was used to analyse alumina-zirconia ceramic materials; in particular effective elastic moduli, thermal expansion coefficients and stress intensity factors were calculated. The effects due to the zirconia t→m phase transformation and the thermal stresses, which develop during the cooling stage of sintering, were also taken into account in calculating the stress intensity factor. The results of the simulation were compared with the experimental data reported in literature. Parole chiave: Al 2 O 3 -ZrO 2 Composites, Stress intensity factor, Fracture toughness, Zirconia t→m phase transformation 1. INTRODUZIONE La richiesta sempre più crescente di componenti strutturali affidabili da utilizzare in differenti settori dell’ingegneria, ha favorito lo sviluppo di materiali innovativi, come i materiali ceramici avanzati. Grazie alle loro buone proprietà meccaniche questi materiali sono particolarmente indicati per la realizzazione di componenti strutturali, specialmente quando le condizioni ambientali di esercizio risultano particolarmente gravose. Il principale svantaggio nell’utilizzo dei materiali ceramici è legato alla loro bassa tenacità a frattura, ma questo problema può essere superato progettando e