MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32151359
■035    ▼a(MiAaPQ)Caltech17306
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a658.56
■1001  ▼aLawlor,  Barry  Patrick.
■24510▼aFull-Field  Quantitative  Visualization  of  Shock-Driven  Pore  Collapse  in  Solids:  Mechanics  of  Deformation,  Failure,  and  Interaction
■260    ▼a[Sl]▼bCalifornia  Institute  of  Technology▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a168  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-01,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Ravichandran,  Guruswami.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--California  Institute  of  Technology,  2025.
■520    ▼aPorosity  in  solids  is  ubiquitous  throughout  engineering  applications:  inherent  in  energetic  materials  and  exaggerated  upon  degradation,  incorporated  into  shock-absorbing  structures  via  materials  such  as  metallic  foams  and  metamaterials,  and  arising  through  manufacturing  defects-especially  in  metal  additive  manufacturing  methods.  In  these  applications,  many  phenomena  at  both  the  macro-  and  meso-scale  are  critical  to  the  operation  under  dynamic  compression.  Macroscopic  shock  wave  structure,  including  shock  attenuation  and  disruption  are  important  for  engineered  structures  like  metallic  foams,  while  mesoscopic  localized  shear  deformation  near  porous  defects  can  be  a  cause  of  failure  in  structures  and  is  thought  to  be  a  mechanism  for  mechanicallyinduced  hot  spots  in  energetic  materials  which  can  dictate  their  ignition  behavior.  While  the  macroscopic  shock  response  of  porous  materials  has  been  well  studied,  the  mesoscopic  response  has  received  less  attention.  Recent  studies  have  improved  the  understanding  through  sophisticated  numerical  simulations  and  pore  collapse  experiments  leveraging  innovative  high-speed  imaging  technologies,  but  many  details  of  the  mesoscopic  response  remain  unclear.This  thesis  is  focused  on  the  mesoscopic  domain,  with  an  overarching  goal  of  characterizing  local  details  of  pore  collapse,  such  as  the  rate  of  collapse,  pore  geometry  (asymmetry)  evolution,  deformation  induced  in  the  material  surrounding  the  pore,  localization/failure  mechanisms,  and  interactions  between  pores.  Fundamental  understanding  of  these  mesoscopic  phenomena  is  a  critical  step  toward  unraveling  the  physics  which  couple  the  mesoscale  and  macroscale  responses,  enabling  predictive  modeling  for  the  dynamic  response  of  porous  materials/structures,  and  developing  innovative  engineering  designs  with  porous  materials.The  first  part  of  this  thesis  develops  a  novel  internal  digital  image  correlation  (DIC)  technique  for  use  in  full-scale  dynamic  laboratory  experiments,  which  enables  investigation  of  phenomena  which  occur  under  confinement  or  are  sensitive  to  boundary  effects.  The  technique  consists  of  manufacturing  transparent  specimens  with  an  internally  embedded  speckle  pattern,  which  is  then  dynamically  deformed  via  the  experiment  of  choice.  During  dynamic  loading,  the  internal  speckle  pattern  is  visualized  with  a  high-speed  camera,  after  which  DIC  software  is  used  to  process  the  images  and  compute  the  displacement,  ve-locity,  and  strain  fields.  The  technique  is  implemented  and  validated  using  polymethyl  methacrylate  (PMMA)  specimens  under  compression  with  splitHopkinson  (Kolsky)  pressure  bar  and  plate  impact  experiments-providing  validation  under  both  uniaxial  stress  and  uniaxial  strain  conditions,  at  strain  rates  of  103−  106s−1and  impact  stresses  up  to  0.65  GPa.The  second  part  of  the  thesis  implements  the  internal  DIC  technique  to  investigate  the  mechanics  of  a  single  spherical  pore  during  collapse  induced  by  weak  shock  loading  up  to  1  GPa  impact  stress  in  PMMA.  The  first  of  its  kind  internal  strain  measurements  reveal  concentrations  around  the  collapsing  pore,  which  are  approximately  consistent  with  elastostatic  theory.  Equivalent  shear  strain  measurements  uncover  a  transition  from  classical  strain  concentrations  to  the  development  of  shear  bands  at  0.6  GPa,  and  raw  deformation  images  show  the  development  of  fracture  at  0.8  GPa-representing  two  distinct  failure  mechanisms  arising  within  a  small  range  of  impact  stresses.  The  shear  bands  arise  due  to  large  stress  concentrations  near  the  pore,  which  leads  to  plastic  deformation  and  heating.  Thermal  softening  generates  local  material  instabilities,  which  can  grow  into  regions  of  large,  localized  deformation.  These  bands  are  captured  via  explicit  finite  element  analysis  through  a  thermo-viscoplastic  material  model.  The  numerical  simulations  further  indicate  the  crack  to  be  a  shear  crack  propagating  through  the  weakened  material  of  an  adiabatic  shear  band.  Finally,  theoretical  approaches  elucidate  the  mechanics  which  govern  the  initiation  of,  spacing  between,  and  preferred  paths  for  these  failure  modes.
■590    ▼aSchool  code:  0037.
■650  4▼aFailure
■650  4▼aLasers
■650  4▼aPorous  materials
■650  4▼aPolymethyl  methacrylate
■650  4▼aAluminum
■650  4▼aStress-strain  curves
■650  4▼aDeformation
■650  4▼aMechanics
■650  4▼aVisualization
■650  4▼aShear  strain
■650  4▼aAsymmetry
■650  4▼aCrack  propagation
■690    ▼a0346
■71020▼aCalifornia  Institute  of  Technology▼bEngineering  and  Applied  Science.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-01B.
■790    ▼a0037
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17358794▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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