Initiation and propagation of crack is one of the main mechanisms of fracture of structures. In case of engineering materials for industrial use, when there’s cracks in material mechanical properties are degraded and reach to fracture. More over engineering material shows trade-off relationship between stiffness and toughness, which means when stiffness increases toughness decreases and when toughness increases stiffness decreases.
However, in nature highly stiff and highly tough materials are found in living organism’s body due to evolution in harsh environment. Such material has no stress concentration near crack tips even when cracks exist in the material and increases the crack path.
In this study, the behavior of cracks in bio-material are predicted through phase-field model. Phase-field model was able to simulate the crack behavior of bio-material more accurately than previous crack model. By modeling the behavior of cracks in bio-material, toughening mechanisms of bio-material was investigated.
균열 (crack)의 발생 (initiation)과 진전 (propagation)에 의한 재료의 파괴는 구조물의 붕괴를 초래하는 주요 메커니즘 중 하나다. 산업계에서 사용 되는 공업 재료의 경우 재료 내에 균열이 존재 할 시, 기계적 물성이 크게 약화되며 재료가 파단에 이른다. 뿐만 아니라 공업 재료는 강성이 높을 경우 인성이 낮고, 인성이 높을 경우 강성이 낮은 상보적 관계 (trade-off)를 보였다. 하지만 자연계에서 발견되는 생명체의 몸을 이루는 재료의 경우 혹독한 자연환경에서 얻은 진화의 산물로 고강성-고인성의 성질을 띈다는 것이 보고 되었다. 이러한 재료는 재료에 균열이 존재하더라도 균열 선단에서 응력 집중이 발생하지 않게 하며, 균열 경로가 증대 되게 한다. 본 연구에서는 상장 모델을 사용하여 생체 재료 내의 균열의 거동을 모사하였다. 상장 모델은 기존의 균열 모델보다 더 정확하게 생체 재료의 균열 거동을 모사할 수 있었다. 또한 생체 재료 내의 균열의 거동을 살펴 봄으로써 어떠한 메커니즘으로 생체 재료가 높은 인성을 가질 수 있는 지 살펴보았다.
