Low-density armour often uses ceramic materials, as their high compressive strength and relatively low weight make the material ideal for moving in the field. The ballistic protection works by redirecting the plastic flow of the projectile radially, which reduces penetration. The main drawback of using ceramics is their brittle behaviour, causing rapid crack propagation. When subjected to ballistic impacts, the ceramic fails catastrophically by spalling and cracking. The fracture behaviour is essential to model correctly to predict the effectiveness of armor systems. In this experiment, a notched specimen was used to investigate mode I fracture. The setup is similar to an open edge on impact experiment where the fracture propagation is initiated by the impact of a projectile fired by an air pressure gun. To avoid spallation, the projectile velocities were kept low to only initiate crack development from bending. For velocities below 15 m/s, a single crack develops across the specimen. For higher velocities between 15-75 m/s, the behaviour is different for short and long projectiles. For short projectiles, a straight crack develops before bifurcating when the projectile and ceramic lose contact. For longer projectiles, the crack bifurcates at the initiation. It forms a pointed ellipse up to the point when the projectile and ceramic lose contact, at which point it behaves the same as for shorter projectiles. Simulations were conducted using LS-Dyna and Impetus AFEA with four different material models. Two different fracture formulations were also used. Erosion was used in LS-Dyna, while erosion and node-splitting were used in Impetus AFEA. Simulations in both LS-Dyna and Impetus AFEA could reproduce experimental results. Simulations show that bifurcation highly depends on the materials' tensile strength. The transition from straight to bifurcating cracks emerges in a small velocity range, allowing for the possibility of calibrating the simulations to experiments. A possibility for comparing the crack development in simulations and the experimental setup besides crack patterns is the crack mouth opening displacement (CMOD). Measurements of CMOD with photon doppler velocimetry (PDV) correlated well with the simulations. / Komplexa skydd använder sig ofta av keramiska material då keramer har stark kompressionsstyrka och relativt låg vikt, vilket gör dem idealiska för att röra sig i fält. Ballistiskt skygg verkar genom att omdirigera projektilens plastiska flöde radiellt, vilket reducerar risk för penetration. Största nackdelen med keramiska material är deras spröda beteende. På grund av materialets tidsberoende beteende är materialegenskaperna svåra att bestämma. När materialet utsätts för ballistisk belastning orsakar det ofta katastrofartad sprickbildning. Sprickbeteendet är därför ett viktigt fenomen att bestämma för att förutsäga effektiviteten hos skyddsmaterialet. I detta experiment används en uppställning med ett skårad provkropp för att studera sprickutvecklingen av mod I sprickor. Uppställningen har likheter med kant anslags experiment där sprickutbredningen initieras med hjälp en cylindrisk projektil. För att begränsa brottbeteendet till mod I använder sig uppställningen av låga projektilhastigheter mellan 15 och 75 m/s för att initiera sprickor genom böjning. För hastigheter under 15 m/s utvecklades endast raka sprickor som propagerade över hela provkroppen. För hastigheter mellan 15 och 75 m/s skiljer sig beteendet mellan långa och korta projektiler. För korta projektiler delar sig sprickan när projektilen studsar mot provkroppen. För långa projektiler delar sig sprickan i två redan vid initiering och bildar en spolform upp till den punkt då projektilen tappar kontakt med provkroppen varefter beteendet mellan kort och lång projektil är likartat. Simuleringar utfördes med LS-Dyna och Impetus AFEA med fyra olika materialmodeller. Två olika brottformuleringar användes. Erosion användes i LS-Dyna, medan erosion och node-splitting användes i Impetus AFEA. Simuleringar i både LS-Dyna och Impetus AFEA kunde återskapa de experimentella resultaten. Simuleringarna visar att delningen av sprickan vid avlastning i hög grad beror på materialens draghållfasthet. Övergången från rak spricka till sprickdelningen uppstår i ett snävt hastighetetsfönster vilket ger möjlighet att kalibrera simuleringar mot experimentella resultat. En möjlighet jämföra sprickutvecklingen i simuleringar och experiment förutom sprickmönster är sprick öppnings förskjutning (CMOD). Mätningar av CMOD med fotondopplerhastighetsmätningar (PDV) överensstämmer väl med simuleringarna.

Tissue paper is a common type of paper material and is used in a variety of products. For tissue paper, several properties are of interest, such as absorbency, softness, bulk and mechanical properties. Embossing is an operation used to apply a pattern on tissue paper. It is used to improve several properties, but is known to reduce mechanical properties. Currently, no models can predict the loss of strength due to embossing. In this report base tissue paper is embossed with two different embossing patterns and tensile tests are conducted with and without edge notches. The edge notch length was varied between 0 mm to 12 mm. From the experiment, a modified Linear Elastic Fracture Mechanics model was applied on both base tissue paper and embossed tissue paper tensile test results. The experimental procedure is described. In total, four different paper qualities were tested. Two that are designed for toilet paper and two that are designed for kitchen paper. The tissue sheets were embossed using 3D-printed plates and conducted in a laboratory environment. Tensile tests with edge-notch specimens were performed. The notch lengths tested were between 0 mm and 12 mm long. It was investigated if any trends of the parameters in the model could be noticed due to embossing. The model worked well for all base tissue qualities. The embossing reduces the material's tensile strength compared to the base material. With increasing embossing load, longer notches are needed to drop the tensile strength of the specimen. Some general trends were noted. However, the impact of the embossing was different for different paper qualities and the embossing pattern used. The most significant difference between plates was noted in specimens with high embossing load. With increasing embossing load, the edge-notch must also be longer to reduce tensile strength. The model parameters changed more for machine direction (MD) specimens than crossmachine direction (CD) specimens. / Mjukpapper är en vanlig typ av paper som används bland annat till toalettpapper och hushållspapper. För mjukpapper finns det flera egenskaper som är viktiga för en bra produkt. Hur bra mjukpapperet kan absorbera vätska, hur mjuk det är för användaren samt mekaniska egenskaper så som drag styrka. Prägling är en operation som görs på mjukpapper för att förbättra egenskaper, till exempel mjukhet, men på bekostnad av mekaniska egenskaper. För tillfället finns det inga modeller som kan förutse förlusten i styrka på grund av präglingen. I den här rapporten beskrivs processen för att prägla mjukpapper med två olika präglings mönster i ett laboratorium klimat. Fyra olika mjukpappers kvalitéer präglades. Dragprov genomfördes på det präglade proverna med och utan kantspricka. Kantsprickans längd var som längst 12 mm. Från dragprovs resultaten tillämpades en modifierad linjärt elastisk brottmekanisk modell. Modellen fungerade bra för både icke präglat och präglat mjukpapper Parametrarna för modellen ändrades för präglade provbitar jämfört med icke präglade. Inverkan av prägling påverkades både av mjukpapperet sort och präglings mönstret som användes. Störst skillnad mellan präglingsmönster sågs vid hårt präglade provbitar. Präglade provbitar behövde längre kantsprickor för att förlora dragstyrka.

Irradiation of a reactor pressure vessel (RPV) causes a shift of the ductile to brittle transition region towards higher temperature regions. In the event of a pressurized thermal shock (PTS), where the temperature drops drastically, the ductile to brittle transition region might be entered for irradiated ferritic steel. Hence, there is a risk of brittle cleavage fracture. Cleavage fracture is a transgranular unstable fracture initiated by cracked second phase particles and rapidly propagated over grain boundaries. The warm pre-stressing (WPS) effect can be helpful as it increases the apparent fracture toughness of ferritic steel pre-loaded in the ductile temperature region, which is the case for a PTS. This effect has been proven effective for virgin material, but the impact of residual stress fields on the WPS effect have not been investigated thoroughly. Utilizing a finite element model of notched three-point bending specimens and a non-local probabilistic model for fracture prediction the effect of residual stresses on the WPS effect was investigated in this thesis. Regarding the crack tip state, expressed as J, the probability of fracture was alike for both material with and without residual stresses, however a significant loss of load bearing capacity was found comparing them two. The magnitude of this loss depends on pre-load level as well as specimen size. This loss however, was also found when not considering the WPS effect. / Bestrålning av ferritiska reaktortankar orakar en förskjutning av den duktil-spröda omslagstemperaturen till högre temperaturer. Vid en trycksatt termisk shock (TTS) sjunker temperaturen drastiskt i reaktorn och omslagstemperaturen kan nås. Därför uppstår en risk för klyvbrott. Klyvbrott är en transgranulär ostabil spricktillväxt initierad av sprickor i sekundärfaspartiklar som propagerar över korngränserna om spänningstillståndet är gynnsamt. Varm förbelastning, eller warm pre-stressing (WPS) kan vara fördelaktig eftersom den höjer den effektiva brottsegheten hos ferritiskt stål som förbelstats i den duktila temperaturregionen, som är fallet för TTS. Den här effekten har visats effektiv för material utan restspänningar, men för fallet med restspäninningar saknas utförliga undersökningar av WPS-effekten. Med hjälp av en finita element model av tre-punkt böjprovstavar och en icke-lokal sannolikhetsmodell för prediktion av brott så undersöktes vilken effekt restspänningar har på WPS-effekten. Brottsannolikheten visade sig vara lika för både material med och utan restspännigar om man syftar på sprickspetstillståndet, uttryckt som J. Däremot syns en tydlig förlust i lastbärande förmåga mellan de två fallen. Storleksordningen på förlustern beror både på förbelastningsnivå och provstavsstorlek. Den förlusten kunde dock finnas även för fall utan någon WPS effekt.

In recent years there have been a major developments in the computational mechanics community when it comes to modelling of fracture mechanics. There are now several well established numerical methods that are implemented in commercial programs such as: Phase Field Modelling, Enhanced Assumed Strain (EAS), Smeared Crack Methods, Extended Finite Element Method (XFEM) and Partition of Unity Finite Element Method (PUFEM). This work has been based on PUFEM and it has been of interest to investigate if this numerical method can be combined with plastic deformation. The reason for this is that it has been known that complex structural and material phenomenon such as embrittlement of steels or composites show a variation of fracture toughness. Thus more advanced approaches are required to capture the response of such structures and materials. The analysis was split in to three parts. First, a benchmark analysis was done with linear tetrahedral elements and, which has been implemented in previous applications. Thereafter the same analysis was done for quadratic tetrahedral elements. Finally, the interface between plasticity and PUFEM was implemented and was analysed with the same geometries as in the benchmark case. The analysis show that it is possible to combine plasticity in PUFEM setting and that it has a possibility to be used in future applications. / Under dem senaste åren har det skett en massiv utveckling inom beräkningsmekaniken när det kommer till att modellera brottmekaniska fenomen. Det finns nu ett flertal väletablerade numeriska metoder som är implementerade i kommersiella program såsom: Phase Field Modelling, Enhanced Assumed Strain (EAS), Smeared Crack Methods, Extended Finite Element Method (XFEM) and Partition of Unity Finite Element Method (PUFEM). Detta arbete har fokuserat på (PUFEM) och det har varit av intresse att se om denna metod kan kombineras tillsammans med plastisk deformation. Anledningen till att detta har varit av intresse är på grund av att det finns ett flertal komplexa struktur - och materialfenomen såsom försprödning av stål och kompositer som uppvisar en variation i sin duktilitet. Detta medför att mer avancerade metoder behöver tillämpas för att fånga responsen av dessa strukturer och material. Analysen som har genomförts var uppdelad i tre delar. Först analyserades ett problem med linjär tetrahedriska element som ett riktmärke, detta har implementerats i tidigare applikationer. Därefter analyserades samma problem fast med tethraderiska element med kvadratisk interpolation. Slutligen så integrerades plasticitet med PUFEM, där samma geometrier analyserades som riktmärke. Den analysen som har genomfört visar att det går att kombinera plastiska deformation tillsammans med PUFEM och att denna metod har potentialen att användas i framtida applikationer.

The pores in pressed and sintered components constitute weak points in the material since the stress concentration is larger than the nominal stress there. Therefore, fatigue cracks initiate at the pores. Specifically, it can be assumed that the fatigue cracks initiate at the largest pore in the stressed volume. Studies have previously looked at finding ways to model the fatigue strength of the material based on the largest pore. This thesis looks at a model previously derived for hardened pressed and sintered materials that is based on linear elastic fracture mechanics and investigates if said model can be modified to include non-hardened pressed and sintered materials that do not necessarily behave linear elastically. A model describing the influence of the size of the largest pore on the fatigue limit using empirical coefficients is suggested. Furthermore, the area of the largest pore is modelled using extreme value statistics. The model proved successful in modelling the density effect of the porosity on the fatigue strength for two materials with different microstructures: one with a homogeneous microstructure and one with a heterogeneous microstructure. For the material with the homogenoeous microstructure the model also accounted well for the notch effect when tested on samples with a different geometry. However, for the heterogeneous material the model did not account for the notch effect. Deformation hardening due to local plastic deformation in the softer phases was suggested as a possible explanation and was supported by tensile tests.