Mechanical properties of zircon for varying degree of amorphization predicted by finite element simulations

Die Methode Gauß’scher Zufallsfelder auf der Basis stehender Wellen wurde genutzt, um über einen Schwellwert zweiphasige Mikrostrukturen mit beliebigem Phasenanteil zu generieren. Finite-Elemente Voxelmodelle dieser Mikrostrukturen wurden genutzt, um die mechanischen Eigenschaften von Zirkon (ZrSiO4) für unterschiedliche Amorphisierungsgrade zwischen 0 und 100% mit Perkolationsübergängen bei 15.9 und 84.1% vorherzusagen. Zwischen den Perkolationsschwellen ist die Mikrostruktur bikontinuierlich. Die numerischen Simulationen liefern Werte für die volumetrische Schwellung infolge der Amorphisierung, Dichte, E-Modul, Querkontraktionszahl, Fließspannung und Härte in Abhängigkeit des amorphen Phasenanteils. Um einen Fit der Härte mit Nanoindentationsdaten in der Literatur zu erreichen, berücksichtigt das Modell eine Grenzfläche zwischen der amorphen und kristallinen Phase, deren Dicke angepasst werden kann. Die Fließspannung und Härtedaten wurden für verschiedenen Grenzflächendicken bestimmt. Das Repositorium enthält die Simulationsergebnisse sowie die zum Vergleich herangezogenen Literaturdaten.