STW MuST Mi2M project proposal - Materials...

12
STW MuST – Multiscale Simulation Techniques MuST Technologiestichting STW Administrative data Project title A multiscale approach towards integrated cohesive interface elements Short title / Acronym Multiscale integrated interface Modelling – Mi2M Applicants Prof.dr.ir. M.G.D. Geers Section Mechanics of Materials (TU/eMoM) Department of Mechanical Engineering (ME), Eindhoven University of Technology (TU/e) P.O. Box 513, 5600 MB Eindhoven, The Netherlands Tel: +31(0)402475076; Fax: +31(0)402447355; [email protected] Dr.ir. P.J.G. Schreurs, Dr.ir. L.E. Govaert Section Polymer Technology (TU/ePT) Department of Mechanical Engineering (ME), Eindhoven University of Technology (TU/e) P.O. Box 513, 5600 MB Eindhoven, The Netherlands Tel: +31(0)402472778; Fax: +31(0)402447355; [email protected] / [email protected] Prof.dr.ir. E. van der Giessen Dept. of Applied Physics, University of Groningen (RuGPhys) Micromechanics of Materials, Nyenborgh 4, 9747 AG Groningen, The Netherlands. Tel. +31(0)503638046; Fax: +31(0)503634886; [email protected] Applications elsewhere This proposal is original and no concurrent applications have been submitted elsewhere. Project proposal 1 Summaries 1.1 Research Cohesively bonded interfaces play a dominant role in a variety of products, commonly based on thin film coated substrates or layered thin film structures. The reliability of such products and devices is often compromised by the occurrence of interfacial separation processes (or delamination), for which dedicated experiments are being developed in industry and academia. However, results found and published, clearly reveal that a macroscopic approach to this problem does not enable the development of truly predictive insights under different loading conditions. The key problem resides in the fact that the total fracture energy encompasses contributions from physical debonding processes and microscale dissipation processed in the bonded material, which cannot be separated without a multiscale approach. Due to this lack of insight, the industry is largely relying on trialanderror procedures for each interfacial system to be designed or optimized. This project focuses on a generic multiscale approach that bridges fine scale processes (deadhesion, chain pullout and scission and microdissipation) to a coarse scale description by means of enriched cohesive zones. A fine scale representation of the interface will be establishes, including geometrical and physical defects, that will trigger the competition between deadhesion and microdeformation. Dedicated molecular mechanisms will be coarse grained to the fine scale model, where a temperature, pressure, rateand timedependent continuum behaviour will be incorporated. The scale transition to the cohesive zone level will be established in a twofold manner, (i) by means of rigorous entirely computational homogenization scheme, from which (ii) a closedform description of the cohesive zone will be extracted. With the obtained generic structure of the cohesive zone model, more complex loading conditions can be handled, where individual contributions of adhesion and microdissipation are to be identified. These results will be used in the context of the problems of each of the participating industrial partners in a separate workpackage, where the obtained model will be parameterized for particular interfaces, thereby ensuring a proper transfer of results.

Transcript of STW MuST Mi2M project proposal - Materials...

  • STW MuST – Multiscale Simulation Techniques

    MuST            Technologiestichting STW Administrative data 

    Project title 

    A multi‐scale approach towards integrated cohesive interface elements 

    Short title / Acronym 

    Multiscale integrated interface Modelling – Mi2M 

    Applicants 

    Prof.dr.ir. M.G.D. Geers Section Mechanics of Materials (TU/e‐MoM) Department of Mechanical Engineering (ME), Eindhoven University of Technology (TU/e) P.O. Box 513, 5600 MB Eindhoven, The Netherlands Tel: +31‐(0)40‐2475076; Fax: +31‐(0)40‐2447355; [email protected]    Dr.ir. P.J.G. Schreurs, Dr.ir. L.E. Govaert Section Polymer Technology (TU/e‐PT) Department of Mechanical Engineering (ME), Eindhoven University of Technology (TU/e) P.O. Box 513, 5600 MB Eindhoven, The Netherlands Tel: +31‐(0)40‐2472778; Fax: +31‐(0)40‐2447355; [email protected] / [email protected]    Prof.dr.ir. E. van der Giessen 

    Dept. of Applied Physics, University of Groningen (RuG‐Phys) Micromechanics of Materials, Nyenborgh 4, 9747 AG Groningen, The Netherlands. Tel. +31‐ (0)50‐3638046; Fax: +31‐(0)50‐363‐4886; [email protected]  

     

    Applications elsewhere 

    This proposal is original and no concurrent applications have been submitted elsewhere.  

     

    Project proposal 

    1 Summaries 

    1.1 Research 

    Cohesively bonded  interfaces play  a dominant  role  in  a  variety of products,  commonly based on  thin  film  coated substrates or  layered  thin  film structures. The reliability of such products and devices  is often compromised by  the occurrence  of  interfacial  separation  processes  (or  delamination),  for  which  dedicated  experiments  are  being developed  in  industry  and  academia.  However,  results  found  and  published,  clearly  reveal  that  a  macroscopic approach  to  this  problem  does  not  enable  the  development  of  truly  predictive  insights  under  different  loading conditions. The key problem resides in the fact that the total fracture energy encompasses contributions from physical debonding  processes  and micro‐scale  dissipation  processed  in  the  bonded material,  which  cannot  be  separated without a multi‐scale approach. Due to this lack of insight, the industry is largely relying on trial‐and‐error procedures for each interfacial system to be designed or optimized. 

    This project focuses on a generic multi‐scale approach that bridges fine scale processes (de‐adhesion, chain pull‐out and scission and micro‐dissipation)  to a coarse scale description by means of enriched cohesive zones. A  fine scale representation of  the  interface will be establishes,  including geometrical and physical defects,  that will  trigger  the competition between de‐adhesion and micro‐deformation. Dedicated molecular mechanisms will be coarse grained to the  fine  scale model,  where  a  temperature‐,  pressure‐,  rate‐  and  time‐dependent  continuum  behaviour  will  be incorporated. The scale transition to the cohesive zone level will be established in a twofold manner, (i) by means of  rigorous entirely  computational homogenization  scheme,  from which  (ii) a  closed‐form description of  the  cohesive zone will  be  extracted. With  the  obtained  generic  structure  of  the  cohesive  zone model, more  complex  loading conditions  can  be  handled, where  individual  contributions  of  adhesion  and micro‐dissipation  are  to  be  identified. These results will be used in the context of the problems of each of the participating industrial partners in a separate workpackage, where  the obtained model will be parameterized  for particular  interfaces,  thereby ensuring a proper transfer of results.  

  • Multi‐scale integrated cohesive interface Modelling           2 

    STW MuST – Multiscale Simulation Techniques Mi2M

    1.2 Utilisation 

    Cohesive interfacial failure processes are encountered in coated systems, systems‐in‐foil, flexible/rollable/stretchable electronics, systems‐in‐foil, systems‐in‐package, adhesively bonded load‐carrying components and structures, etc. The interfacial  adhesive  properties  and  the  mechanical  properties  are  known  to  have  a  dominant  influence  on  the reliability and lifetime of such products, thereby directly impacting on the economic revenues. 

    At present, many products under development are extensively tested before they are being released to the market, in several  cases  even with  a  sub‐optimal  lifetime. By unravelling  the  competition between physicochemical  adhesive properties  and  micro‐scale  deformation  driven  dissipation,  this  project  aims  to  make  a  strong  contribution  to 'interfacial engineering', which will help the  industrial partners  in reducing their time‐to‐market or  in  improving the reliability of engineered products. 

    Four  industrial partners are directly  involved  in this research project, where the transfer of results  is aligned with  in house mirror activities in each of the companies. Because of the required generic nature of the project, a number of parallel  tasks have been  included  in  the  application‐oriented workpackage  that will enable us  to make use of  the results  in dedicated  applications  (and particular  interfaces)  to  the benefit of  each partner. All partners  contribute partially in kind and partially in cash to this project. Their in kind contribution ensures their active involvement needed to  transfer  results  in  an  effective manner. Moreover,  several  of  them will  provide  and  produce  samples  and  test materials (Helianthos, Polymer Vision, Corus), carry out dedicated experimental tests (Philips, Corus) and  implement the resulting interface element in a commercial finite element environment (Philips, Corus). 

    Finally, utilisation will be enforced by  involving a number of partners  in the users committee, for which the generic approach in this project constitutes a major interest for other applications as well. 

    2 Research team & infrastructure 

    2.1 Research team 

    The research team applying for this research project consists of 2 academic and 4 industrial partners from different sectors. The academic partners are sharing their expertise, relying on their individual strengths on modeling at two distinct length scales, whereas the mutual co‐operation will provide the input needed to establish the scale transitions. The industrial partners unify a common interest in the behaviour of cohesive interfaces, each from their own application perspective. The proposed team therefore gathers the required scientific expertise and the generic industrial interest, which is needed to achieve the goals of this project as a part of the MuST programme. The role of each of the partners and staff members involved is listed below. 

     

    Name  Discipline/ task University–department/ 

    Industry 

    Prof.dr.ir. M.G.D. Geers Computational and constitutive homogenization of interfaces described by a micromechanical model 

    TU/e‐ MoM 

    Dr.ir. P.J.G. Schreurs Dr.ir. L.E. Govaert 

    Continuum modelling of debonding polymers 3D visco‐elastic constitutive modelling 

    TU/e–PT 

    Prof.dr.ir. E. van der Giessen  Molecular debonding of polymers from an interface  RuG–Phys 

    Dr. R. Schlatmann Ir. W. Scheerder 

    Workpackage 4: Experimental work on flexible solar cells for model verification, including reliability tests 

    Helianthos 

    Dr.ir. O. van der Sluis Workpackage 4: Testing,  identification, application of interfacial model for stretchable and flexible electronics 

    Philips 

    Dr. E. van Veenendaal Workpackage 4: Display testing and reliability analyses for interfaces in rollable displays 

    Polymer Vision 

    Dr.ir. G. Nagy Workpackage 4: Experimental testing, identification and application of interface model for polymer‐coated steel 

    Corus 

    Post‐Doc  Researcher workpackage 1, 1.0 fte, 2 years   RuG– Phys 

    Ph.D. student  Researcher workpackage 2/3, 1.0 fte, 4 years  TU/e– MoM/PT 

     

    2.2 Infrastructure   

    This project  focuses on  the development of a dedicated multi‐scale computational  tool, which heavily relies on  the computational infrastructure present in each of the three groups at both universities. Each of the academic partners makes extensive use of a computer cluster to carry out most of the computational analyses.  

  • Multi‐scale integrated cohesive interface Modelling           3 

    STW MuST – Multiscale Simulation Techniques Mi2M

    The academic partners each rely on the infrastructure present in their R&D labs. The industrial partners enable their in kind  contribution, by making use of  their  respective  infrastructure  to process  the products of  interest  (Helianthos, Polymer Vision, Corus),  to produce samples, carry out dedicated experimental  tests  (Philips, Polymer Vision, Corus) and  to  transfer  the  resulting  interface  element  in  a  commercial  finite  element  environment  (Philips,  Corus).  For experimental contributions, use will be made of the multi‐scale lab at the TU/e (www.mate.tue.nl/mate/laboratories). 

    2.3 Researchers   

    Candidate researchers to carry out the academic workpackages were not yet identified. At the industrial partners, all research and technical support is present to carry out the contributions to this project. 

    3 Scientific project description  

    3.1 Introduction and objective 

    Cohesively bonded  interfaces play  a dominant  role  in  a  variety of products,  commonly based on  thin  film  coated substrates or layered thin film structures. The thickness of the films or layers may be in the range of 30 nm up to 100 µm and more. The cohesively bonded systems of interest for this proposal typically involve two different polymers, or a polymer and a substrate of an inorganic material e.g. a metal, glass or silicon.  The adhesion between the layers in such systems has been the subject of great scientific and industrial interest over the past decades [Lane, 2003; Singhe and Gratien, 2003]. Most work has been  focussed onto brittle  interface  failure  in metal/metal  and metal/ceramic interfaces. Ductile  failure has been  studied by  taking  into account  the  (visco)plastic dissipation mechanisms  in  the adjacent materials  [Mishnaevsky  and  Gross,2005].    Ductile  adhesive  failure  has  been  investigated  using  classical fracture mechanics with small scale yielding [Hui et al., 1992; Lane et al., 2000; Saulnier et al., 2004]. The interaction between  adhesive  and  cohesive  failure  has  only  recently  given  some  attention  [Yao  and Qu,  2002].  A  systematic approach addressing the relevant scales separately and mutually seems to be missing however. 

    The classical reasoning in addressing the problem is to study the adhesion on the basis of the physicochemical bonding of  the  layers at  the  separating  interface. Whereas  this provides  clear answers  in brittle  interfaces,  it  constitutes a major  problem  for  cohesive  interfaces.  The main  reason  for  this,  is  the  fact  that  during  interfacial  separation  (or delamination), a considerable amount of energy is dissipated in deforming the adjacent material. As a result, different experimental set‐ups do not provide consistent measurements of the work of adhesion, since the measured fracture energy typically consists of a contribution from (1) actual debonding at the surface, (2) dissipative deformation in the bonded material  adjacent  to  the  interface  and  (3)  the  interaction  between  both  previous mechanisms.  A  typical example of this is the measured work of separation in e.g. a polymer‐coated metal, where values of 2 J/m2 [Fedorov et al., 2007], 30 J/m2 [van Tijum et al., 2007] and 194 J/m2 [van den Bosch et al., 2007] have been reported by different techniques on exactly the same material system.  The physicochemical bonding was expected to be largely identical in each of the tests used, but the micro‐scale dissipation enforced in each was substantially different. At this point, the scientific community cannot provide predictive values for each situation and the industry is largely relying on trial‐and‐error procedures for each interfacial system to be designed or optimized. 

    In the particular example studied by Van den Bosch et al. [2006,2007]  it has been demonstrated that the fine scale dissipation mechanism nearby  the  interface was  fibrillation. Delamination  comprised an  interactive  failure process, involving extending fibrils, de‐adhesion from the surface and even breakdown of fibrils. The last mechanism typically involves the pull‐out and scission of molecular chains. At the continuum interface level, all these mechanisms result in an overall work of separation, that is larger than the classical adhesion energy by an amount equal to the mechanically induced  dissipation  near  the  interface. Using  a  coarse  scale  description  of  an  interface,  the  fine  scale  dissipation cannot be discriminated  from  the  role of  the adhesion,  rendering  the  resulting models  intrinsically case‐specific.  In order to overcome this problem, a multi‐scale simulation method is inevitably required. 

     

    Objective This project  focuses on  the development of a multiscale  tool  that enables  the  identification and  integration of  the interaction  between  adhesion  and micro‐scale  dissipation  in  an  upscaled  cohesive  interface  description.  To  this purpose, a  fine scale model will be made that  integrates continuum defects and molecular contributions to the de‐adhesion and micro‐dissipation. The interfacial system of interest involves at least one polymer (e.g. polymer‐polymer or polymer‐metal). An upscaling strategy will be developed, relying on an  interfacial computational homogenization approach, on the basis of which the interaction between adhesion and micro‐deformation processes can be studied. The resulting response will be mapped  into a closed‐form constitutive description as well, which  is of prime  interest for  the partners  that wish  to make use of  it. The continuum averaged physicochemical adhesion will be  taken as a starting point here, and will not be explored further, since this subject is receiving considerable attention elsewhere. 

     

  • Multi‐scale integrated cohesive interface Modelling           4 

    STW MuST – Multiscale Simulation Techniques Mi2M

    3.2 Scientific and industrial challenges 

    The development of a multi‐scale strategy for integrated cohesive interfaces presents a number of challenges that are to be addressed: 

    • Challenges at the molecular scale: - Coupled modelling of chain pull‐out and viscoelastic deformation processes  inside the bonded polymer 

    bulk(s); - Coupling between normal and tangential separation; - Understanding  the  influence of  temperature, possibly  leading  to  scaling  relations  that  can be directly 

    used at the next higher length scale; - Determination of competition between pulling‐out and chain scission. 

    • Challenges at the fine scale: - Accurate  and  detailed modelling  of  the  deformation  and  de‐adhesion  in  the  interface  region, where 

    distributed physical and geometrical imperfections in the surface bonding trigger local failure initiation; - Modelling the contribution of continuum debonding processes and implementation thereof in the micro‐

    scale model; - Integrating  a  state‐of‐the‐art  description  of  the  bonded  polymer  system,  inducing  a  temperature‐, 

    pressure‐,  rate‐ and  time‐dependency  (T,p,e,t)  [the  choice  for  the polymer  systems of  interest will be made at the start of the project jointly with all industrial partners involved]. 

    • Challenges for the scale transition: - Establishing (i) a computational homogenization scheme that maps the response of an interfacial volume 

    into a coarse scale interface response (in a rigorous, yet entirely numerical manner), accounting for large deformations and preserving the intrinsic load‐dependent properties of the bonded polymer (T,p,e,t), (ii) which will be used to extract the coarse scale closed‐form description of a cohesive zone. 

    • Challenges at the coarse scale: - Identify all coarse grained cohesive mechanisms and integration into a closed‐form cohesive description 

    that highlights  the  individual  role of  the adhesive properties, micro‐dissipation and all  load‐dependent characteristics of the polymer; 

    - Identify interfacial properties in engineering applications as a function of different loading conditions, to the benefit of the participating industrial partners. 

    3.3 Multi‐scale character 

    As emphasized in the introduction, the interplay between the loss of adhesion and micro‐scale dissipative mechanisms cannot be tackled without making use of an integrated multi‐scale approach. This project essentially addresses three interacting length scales: 

    • The molecular level, needed to assess the dissipative contribution of bonding structures that are too small to fit in a continuum approach. 

    • The fine scale interface level, at which a detailed continuum model will be used to capture the influence of a distributed adhesion, and irregularities and defects at the level of the bonded interface. 

    • The macroscopic level, in which the mechanisms identified at the fine scale will be modelled at a constitutive level in terms of bulk constitutive properties and cohesive zone models.  

     

    Figure 1. Scales, methodologies and scale transitions up to the applications level, considered in this proposal 

    Two scale transitions are required. The first one relies on the coarse graining of the molecular results, which will be used  in  the  failure model at  the  fine  scale model. The  fine  scale model, with a  considerable  level of physical and 

  • Multi‐scale integrated cohesive interface Modelling           5 

    STW MuST – Multiscale Simulation Techniques Mi2M

    geometrical complexity, will be homogenized to the coarse scale, using a direct computational method [Kouznetsova et al., 2001, 2002, 2004], specific for the type of interface studied here.    

    3.4 Multi‐disciplinary character & expertise of the research team 

    The project unifies disciplines  in mechanics, physics and materials science, which  is a prerequisite to address all the scales of interest. Each of the participating groups has its scientific strengths in one of these disciplines, which are to be integrated through the scale transitions to be made: 

    • Polymer Technology (Dr.ir. P.J.G. Schreurs, Dr.ir. L.E. Govaert): This group has a long‐standing expertise in the industrial  arts  of  manufacturing  polymer‐based  products,  with  a  special  emphasis  on  bridging  the  gap between science and technology  in the area of polymer processing and design. The three‐dimensional non‐linear viscoelastic constitutive equations are derived and improved on the basis of experimental observations and  include yield,  intrinsic  strain  softening,  strain hardening and  the  important dependence on  strain  rate and temperature [van Melick et al., 2002; Meijer et al., 2003, 2005; Klompen et al., 2005]. These models are here required at the level of the fine scale interfacial model. 

    • Mechanics of Materials (prof.dr.ir. M. Geers): A solid expertise has been built up in this group in a number of topics that are relevant for this proposal, i.e. (1) numerical‐experimental characterization of interface models for polymer‐coated metal sheet [van den Bosch et al., 2006, 2007]; (2) modelling of damage in continua, both using  quasi‐brittle  and  ductile  enriched  models  (3)  computational  homogenization  (coarse  graining)  of continua across scales [Kouznetsova et al., 2001, 2002, 2004; Geers et al., 2001, 2003].  

    • Physically‐based Micromechanics  (prof.dr.ir.  E. Van der Giessen):  This  group has been working on  various aspects of polymer modelling  inspired directly by physical mechanisms.  Landmark  results  relevant  for  this proposal  include  the  full‐network model  for  rubbers    [Wu and Van der Giessen, 1993],  the  first physically‐based  cohesive  zone  model  for  crazing  in  polymers  [Tijssens  et  al.,  2000,  2002;  Basu  et  al.,  2005], micromechanical  studies  of  void  growth  in  polymers  and  blends  [Steenbrink  et  al.,  1997,  1998,  1999; Pijnenburg et al., 1999, 2005] and extensive study of the fracture of homopolymers [Estevez et al., 2005]. In more recent years, the group has been involved in coarse‐grained molecular dynamics simulations of glassy polymers,  including  in  particular  the  analyses  of  de‐bonding  of  two  glassy  polymers  glued  together  by stitching (bi and tri‐block) co‐polymers [Bulacu, 2008; Bulacu and Van der Giessen, 2005, 2007]. 

    Moreover, the industrial partners make use of the results in applications touching on different disciplines as well. 

    • Corus R&D is active and interested in interfacial failure processes of polymer‐coated packaging materials. • Philips  Applied  Technologies  is  actively  involved  in  the  analysis  of  delamination  problems  in  flexible  and 

    stretchable  electronics,  which  is  a  major  bottleneck  in  the  development  of  these  new  technologies. Quantitative models are a key requirement to facilitate the design and ensure a high reliability. 

    • Helianthos  is  producing  rollable  solar  cells,  the  lifetime  of  which  is  amongst  others  determined  by  the interface  properties  and  loading.  The  adhesion  between  different  polymer  layers  and  external  factors influencing this are of great relevance here. 

    • Polymer Vision develops and manufactures rollable displays. These displays are large and thin, which makes them  vulnerable  in  reliability.  The  displays  are multilayer  systems,  which  contain many,  possibly  weak, interfaces and diverse local failure mechanisms. In practical use, various different deformation modes are of interest,  such as  cyclic  loading  in  rolling  and unrolling of  the  rollable displays. As  the  application area  for rollable  displays  is  novel,  Polymer  Vision  has  established  an  extensive  reliability  test  program,  including mechanical tests.   

    3.5 Description of workpackages and tasks 

    The work in this project is organised in four workpackages (WPs).  

    3.5.1 WP1: Coarse‐grained molecular dynamics analysis Recent work by Ph.D. student Bulacu in Groningen has concentrated on computing the work of adhesion provided by block  co‐polymers  that  stitch  together  two  immiscible  polymers  [Bulacu,  2008].  The  coarse‐grained  molecular dynamics model was designed so that only the work is computed that is done while the stitching molecules are being pulled out. This has yielded an improved understanding of forced reptation and some interesting scaling relations. In the present workpackage, this will be extended by allowing for concurrent relaxation processes  in the bulks to take place. This will couple chain pull‐out to large scale viscoelasticity, including the possibility of shear yielding and crazing, while comparison with the previous results provides information in how the total fracture energy can be attributed to the  various mechanisms.  The  coarse‐grained  results will  be  used  in  the  fine  scale  continuum model,  in  particular where  the molecular mechanisms  described  above  are  not well  addressed  through  the  bulk  equations  used.  This applies  in particular to tasks T2.4 and T2.5. Two types of systems are relevant here: (1) a polymer–polymer system, 

  • Multi‐scale integrated cohesive interface Modelling           6 

    STW MuST – Multiscale Simulation Techniques Mi2M

    and (2) a polymer perfectly adhering to a rigid substrate (e.g. metal), where pull‐out and chain scission occurs due to its strong bonding to the substrate (the latter is typically observed in polymer‐coated steel, as used by Corus).  

    The work will be carried out in the following tasks: 

    • T1.1: Extension of Bulacu’s [2008] simulation tool to include viscoelastic deformation of the bulks. • T1.2: Set up similar simulation tool for chains that penetrate a bulk polymer on one side and are rigidly connected to a stiff 

    substrate on the other side. • T1.3: Extend the simulation tool of T1.2 with the ability of chain scission. • T1.4: Perform parametric study of tensile debonding of a polymer from a substrate, varying chain stiffness, chain length, 

    separation rate and temperature; separate dissipation by chain pull‐out or scission from dissipation inside bulk. • T1.5: Formulate cohesive zone traction–separation law for tensile debonding (pass on to WP2). • T1.6: Extend the simulation tool of T1.2 with loading under mixed–mode conditions (tension plus shear). • T1.7: Extend simulations in T1.4 and cohesive law from T1.5 for mixed–mode loading (pass on to WP2). • T1.8: Wrap‐up and write articles and manual of the code.  3.5.2 WP2: Fine scale interface modelling (Part 1 of PhD assignment) 

    While WP1  focuses  on  the molecular  dissipation  processes,  the  fine  scale model will  address  the  dissipation  and delamination processes on  the  length  scales of  fibrils  (figure 1),  including void  formation,  fibril extension, etc. The failure behaviour of individual fibrils, either through brittle fracture or stable necking, will be determined making use of the advanced constitutive models developed (and experimentally verified) in previous [Klompen et al., 2005; Meijer et al., 2003,2005] and ongoing work. 

     Figure 1. Typical example of an  interfacial separation problem that emphasizes  the  interaction between the  loss of adhesion and dissipation near the interfaces [van den Bosch et al.]. 

    Model features: 

    • The  interface will  be modelled with  a  varying  degree  of  geometrical  imperfections  (roughness,  spatially distributed bonding). 

    • Different  loading configurations will be applied  to  the  interface  (tension/compression/shear, with different pressures, temperatures, strain rates and ageing history). 

    • State‐of‐the‐art 3D nonlinear visco‐elasto‐plastic continuum models will be applied at the fine scale model, enriched with  a  damage model  to  describe  the  failure  and  dissipative  processes,  e.g.  fibrillation will  be modelled explicitly by accounting for the visco‐elasto‐plastic deformation of a fibril being pulled out from the polymer matrix. 

    • The  physicochemical  adhesion  of  individual  bonds  will  be  considered  as  a  known  physical  quantity. Nevertheless, its influence will be studied by varying the mean value and its spatial distribution.  

    • The  nucleation  and  growth  of  voids  at  the  interface  will  be  incorporated.  Nucleation  of  voids  will  be incorporated by discrete releasing the adhesion upon exceeding a threshold value for the  local traction. To this purpose discretely failing adhesion mechanism will be used at the  inhomogeneous  interface, for which interfacial  elements  at  a  smaller  scale  need  to  be  used.  The  constitutive  behaviour  of  these  small‐scale interface elements is to be obtained from WP1 (tasks 1.5 and 1.7). 

    • The constitutive description of failure processes in the bonded polymer or fibrils, which is not accounted for in existing bulk models, will be determined by coarse graining the molecular results of WP1, see task 1.7.  

    A short description of resulting tasks is given below:  

    • T2.1: Literature study on latest developments not covered in this proposal. • T2.2: Set‐up of the fine scale geometrical model and associated boundary conditions. • T2.3: Incorporation of a spatially distributed and statistically non‐homogeneous adhesion. Small‐scale interface elements will 

    be used, for which the constitutive response is determined in WP1. 

  • Multi‐scale integrated cohesive interface Modelling           7 

    STW MuST – Multiscale Simulation Techniques Mi2M

    • T2.4: Implementation of a 3D non‐linear visco‐elastoplastic model that accounts for the pressure, temperature, rate and time‐dependency of the considered polymer . 

    • T2.5:  Study  of  fibrillation,  associated  energy  dissipation  and  failure  of  individual  fibrils  –  update  of  governing  equations (making use of input from WP 1). 

    • T2.6: 3D fine scale modelling of the interaction between adhesion and micro‐scale dissipation – connection to WP 3.  

    3.5.3 WP3: Interfacial homogenization & coarse scale cohesive description (Part 2 of PhD assignment) 

    A fine scale model of the type suggested in WP1 provides a detailed insight in the intrinsic role of several interfacial characteristics.  Yet,  it  cannot  be  used  for  practical  engineering  applications, where  the  interfaces  of  interest  are subjected  to  real  macroscopic  loads  (e.g.  rolling/bending/shearing  for  systems‐in‐foil,  displays  and  solar  cells; bending/deep‐drawing/wall‐ironing  for  polymer  coated  metal  sheet,  extension  for  stretchable  electronics).  WP3 therefore addresses the scale bridging to this macroscopic scale.  

    At this  level, we depart from the recent experience  in the PhD work of Van den Bosch, where cohesive zones were developed and characterized with peel tests for PET‐coated steel (figure 2).   

     

     Figure 2. Typical example of a coarse scale cohesive zone model used to capture the entire  fracture energy  for particular  loading conditions [van den Bosch et al.]: fibrillation at the interface (left); constitutive description by means of an interconnecting traction vector (middle); 3D implementation and traction‐opening equation (2 most right subfigures). 

            

    The  interfacial  fracture  energy  was  determined  as  a  function  of  the  interfacial  roughness  (resulting  from  pre‐deformation). The  large value (194 J/m2) obtained was  largely due to a huge contribution of micro‐scale dissipation. However, separating the interfacial contributions in the PhD work of van den Bosch was not possible at that scale nor was upscaling the particular complex load‐ and temperature‐dependent properties of the polymer. This workpackage will apply and enrich  the computational homogenization model developed  in  the Mechanics of Materials group,  to extract a  realistic macroscopic behaviour. The  result  thereof will be used  to develop an updated 3D cohesive zone model, which carries the main fine scale characteristics that impact the coarse scale.  

    The tasks to be carried out in this WP are: 

    • T3.1: Computational  coarse  graining: determine  the boundary  conditions  for different  types of macroscopic  loading, using appropriate mathematical averaging theorems. 

    • T3.2: Set up and solve fine scale boundary value problems (BVP) that incorporate the fine scale model developed in WP 2. • T3.3: Computational coarse graining: extract  the homogenized properties of  the  interface on  the basis of  the BVP solution, 

    involving tractions, rate of tractions and possibly spatial distribution of the tractions on the interface. • T3.4:  Study  the  coarse grained  interfacial  response  in different  loading  conditions and analysis of  the  interaction between 

    adhesion and micro‐scale dissipation. • T3.5: Development of the structure of a generic interfacial model that captures the phenomena revealed in task 3.5. • T3.6: Parameterization of the interfacial model and identifying individual contributions to the overall fracture energy. • T3.7: Finalize scientific output and wrap up PhD thesis.  

    3.5.4 WP4: Industrial support – experimental data / validation / implementation This workpackage integrates the industrial support in the project and defines the transfer of results. 

    • T4.1:  (Helianthos)  Carry  out  reliability  tests  (including  thermal  cycling,  UV  exposure  tests)  identifying  the  behaviour  of individual interfaces in produced solar cells. Modify the microstructures of the adhesive zone for higher strength and adhesive property using different additives. 

    • T4.2: (Helianthos) Provide materials, test samples and carry out durability and reliability tests, which will be used as  input  in task T4.3. 

    • T4.3: (TU/e) Apply the model developed  in WP3 to a particular  interface of  interest for Helianthos, with an additional effort towards determining the parameters (from task T3.6), making use of data provided in task T4.2. This task will be carried out in a MSc project. 

    • T4.4:  (Polymer  Vision) Mechanical  reliability  tests  on  display  cells with  the  aim  of  identifying  the  behaviour  of  individual interfaces in rollable displays (roll‐up tests, peel tests). 

    • T4.5: (Polymer Vision) Provide materials, test samples and carry out durability and reliability tests, which will be used as input in task T4.6. A particular focus is made on factors that influence the interfacial failure mechanisms in a display. 

  • Multi‐scale integrated cohesive interface Modelling           8 

    STW MuST – Multiscale Simulation Techniques Mi2M

    • T4.6: (TU/e) Making use of the model developed in WP3, apply it to a particular interface of interest for Polymer Vision, with an additional effort towards determining the parameters (from task 3.6), making use of data provided  in task T4.5. This task will be carried out in a MSc project 

    • T4.7: (Philips) Provide industrial test samples (related to stretchable and flexible electronics). • T4.8: (Philips) Application of the developed numerical models from WP2 and WP3 on real carriers in an industrial environment. • T4.9: (TU/e) Parameter  identification and evaluation of the model developed  in WP3 for stretchable and flexible electronics. 

    Close interaction with task T4.6 is here possible. This task will be carried out in a MSc project.  • T4.10: (Corus) Provide materials, samples and experimental tests on polymer‐coated steels, related to  different contributions 

    of the interfacial fracture energy. • T4.11:  (Corus) Application  of  the  developed  numerical models  from WP3  on  real  carriers  in  an  industrial  environment,  in 

    support of task T4.12 • T4.12: (TU/e) Parameter identification and evaluation of the model developed in WP3 for polymer‐coated steel. This task will 

    be carried out in a MSc project. 

    3.6 Required personnel and equipment 

    The scientific staff of the academic partners listed in the Table in section 2, will ensure the supervision of the research activities and  the  transfer of knowledge  to the  industry as described  in the proposal. The senior researchers of the participating industrial partners will ensure the execution of their respective tasks as well as a part of the supervision of the MSc students that will work on implementing the results. All scientific and permanent staff is in position. 

    We therefore only request funding for 1 Ph.D. student, 1 Post‐Doc and a limited investment. 

    3.7 Project planning  

    Time schedule 

    The  planning  of  all  tasks  in  all  workpackages  and  their mutual  relations  are  indicated  in  the  time  table  below. Milestones are indicated upon transfer of deliverables (D in Table) during the project and at the end. 

    Task                                                                 Year 1 2 3 4Month 1 6 7 12 13 18 19 24 25 30 31 36 37 42 43 48

    WP1.1:  Visco‐elastic extension of Bulacu's model

    WP1.2: Extension to polymer‐substrate interfaces

    WP1.3: Include chain scission

    WP1.4: Parametric study of tensile debonding

    WP1.5: Small‐scale cohesive zone formulation D

    WP1.6: Extend T1.2 to mixed‐mode loading conditions

    WP1.7: Extend T1.4‐5 to mixed‐mode D

    WP1.8: Wrap‐up and write articles and manual of the code D

    WP2.1:   Literature update

    WP2.2:   Set‐up fine scale geometrical model & BCs

    WP2.3:   Incorporation of adhesion & defects

    WP2.4:   Implementation of 3D visco‐elastoplasticity D

    WP2.5:   Study of fibrillation and fibril behaviourWP2.6:   Analysis of interaction adhesion/dissipation D

    WP3.1:   Computational homogenization: determine BC'sWP3.2:   Set up and solve fine scale BVPWP3.3:   Extract homogenized propertiesWP3.4:   Coarse scale interfacial competition adh.‐dissip. DWP3.5:   Develop structure of generic interfacial model DWP3.6:   Parameterization of interfacial model DWP3.7:   Publications and PhD thesis D

    WP4.1:   Testing & adhesion solar cells (Helianthos)WP4.2:   Materials, samples & model input (Helianthos)WP4.3:   Qualify model (WP3) for application Helianthos DWP4.4:   Global testing flexible displays (Polymer Vision)WP4.5: Materials, samples & model input (Polymer Vision)WP4.6:   Qualify model (WP3) for application Polymer Vision DWP4.7:   Industrial test samples (Philips)WP4.8:   Application numerical model WP3 (Philips)WP4.9:   Qualify model (WP3) for application Philips DWP4.10: Polymer‐coated steel interfacial tests (Corus)WP4.11: Application numerical model WP3  (Corus)WP4.12: Qualify model (WP3) for application Corus D

    3.8 Research elsewhere, national and international cooperation 

    Considerable  research  efforts  are  conducted worldwide  related  to  the  behaviour  of  interfaces  between  different materials. Within the context of the present proposal, only limited attempts are being made to address the problem in a truly multi‐scale and generic approach. Within the scope of this project, we wish to emphasize the ongoing work in 

  • Multi‐scale integrated cohesive interface Modelling           9 

    STW MuST – Multiscale Simulation Techniques Mi2M

    the group of prof. Geubelle (University of Illinois at Urbana‐Champaign), where numerical homogenization of interface behaviour is being explored. Co‐operation plans are being discussed. Likewise a connection with the CG‐MD work on the  fracture of polymers exists with Dr. Basu at  IIT Kanpur  (former post‐doc and collaboration with group Van der Giessen). This work is considered useful as additional input, but continued collaboration ensures no overlap. 

    For the required local data on adhesive properties, we will make use of the literature and concurrent work being done in the Department of Chemistry and Physics at the TU/e and the RuG. 

    3.9 Outreach plan 

    The work  in  this  project will  be  integrated  in  teaching  at  the M.Sc.  and  graduate  level  at  each  of  the  institutes involved. Prof. Van der Giessen’s Micromechanics course at RuG will be extended with an optional set of lectures on multiscale modeling of cohesive  interfaces. Prof. Geers coordinates the course Micromechanics within the graduate school Engineering Mechanics, where developed concepts of this project can be incorporated in the module on Multi‐scale modeling. 

    4 Utilisation 4.1 The challenge from the practice and the proposed solution 

    The  experimental  characterization  and  numerical  modeling  of  interfaces  involving  dissipative  layers  is  seriously compromised  by  a  lack  of  fine  scale  information  on  the  different  contributions  of  the  overall  fracture  energy. Depending on the loading conditions, experimental values for the work of separation φ are found that may differ an order  of magnitude.  Coarse  scale models  cannot  adequately  discriminate  between  the  different mechanisms  that contribute to φ. This problem  is generic for a multitude of applications that  involve soft or dissipative  layers and for which interfacial failure constitutes a major reliability issue. To solve this, a multi‐scale simulation tool is needed that provides both  the details on  the  fine scale and  the coupling  to  the coarse scale. On  this basis, a  refined  interfacial model can be developed  for engineering analyses,  in which  the essence of  the coarse grained  fine scale sources of dissipation  are  preserved.  The  use  of  a  rigorous  computational  homogenization  scheme  as  a  reference  solution, provides the modeling approach its solid and reliable characteristics.  

    High‐tech character 

    The problem of  interest for this proposal  is generic  in a great number of high‐tech  industrial applications. Interfacial failure  of  the  type  studied  here  is  encountered  in  coated  systems,  systems‐in‐foil,  flexible/rollable/stretchable electronics, adhesively bonded load‐carrying components and structures, etc. 

    Economic impact 

    Since  interfacial  failure processes have a dominant  influence on  the  reliability and  lifetime of many products  (both existing  and  still  under  development),  they  directly  impact  on  the  economic  revenues.  Many  products  under development have to be extensively tested before they are being release to the market, in several cases even with a sub‐optimal  lifetime. The contribution of this project to  ‘interfacial engineering’  is therefore a clear step  forward  in reducing the time‐to‐market and improving the reliability of engineered products.  

    Environmental impact 

    Among some of the applications, clear environmental issues matter. Some of the coated systems are used to seal off substances that may not leak in the environment. In other cases (e.g. polymer coated steel), the use of soft adhering layers prohibits the use of lubricants in forming processes, which considerably reduces the environmental load of the production process. Understanding the behavior of adhesive zones will help the production development of low lost solar cells. This can help reducing the use of fossil fuels which have a serious environmental impact. 

    4.2 Generic value 

    The project must  constitute a  robust approach  to analyze  interface  failure,  starting  from a very detailed  level and condensing results in a macroscopic model. A generic numerical model will come available for the continuum analysis of polymer/substrate interfaces. The generic value is apparent from the various applications of interest: 

    Applications of the participating industrial partners 

    • The  integrity of flexible and stretchable electronics (Philips Applied Technologies)  is  largely compromised by the occurrence of undesired delamination and buckling phenomena. Philips Applied Technologies makes extensive use of modeling methodologies based on cohesive zone elements to analyse and understand these phenomena, and  ultimately,  to  prevent  these  from  occurring.  Within  this  context,  a  clear  need  has  been  expressed  to discriminate between all dissipative phenomena to yield predictive insights in a variety of loading conditions.  

    • Polymer  coated  steel  sheet  (Corus): Polymeric  coatings are  familiar  technology  for  the  surface modification of metals,  from  corrosion  resistant  coatings  for  industrial equipment  to polymeric  coatings on  vascular  stents  to improve bio‐compatibility. Corus supports  its clients who use polymer coated metals  for  food packaging. These materials are subjected to a series of forming steps, possibly compromising the polymer‐metal interface. 

  • Multi‐scale integrated cohesive interface Modelling           10 

    STW MuST – Multiscale Simulation Techniques Mi2M

    • Amorphous solar cells (Helianthos): Helianthos (NV Nuon company) is successfully developing a patented roll‐to‐roll (R2R) production technique for amorphous silicon based solar cells on a flexible laminate. This R2R thin film technology has a high potential for low cost production of solar energy. The lifetime and power output of a solar cell is depending on the reliability of the solar cell and polymer encapsulation materials. Therefore the interfacial integrity during thermal and mechanical loading is highly important. Both the manufacturer and the end‐user will benefit from the durability and a reliable performance of the solar cell. 

    • Rollable displays  (Polymer Vision):  Polymer Vision  is  founded  in 2006. Polymer Vision’s  goal  is  to provide  the leading  technologies  for  large  rollable displays  in  small mobile devices. Within one year of  its  launch, Polymer Vision  demonstrated  the world’s  thinnest,  highest  resolution,  largest  diagonal  rollable  display.  In  September 2004, a pilot production  line was started with sufficient capacity to demonstrate the commercial viability of the technology.  The  company  has  established  strategic  partnerships  with  a  number  of  other  leading  companies specializing  in  films, organic materials and advanced display  technologies. The Readius, as  the  first commercial mobile device with rollable display is coined, will first be marketed by Telecom Italia Mobile (TIM) in Italy and will be available early 2008. Mechanical considerations are very  important  in  the design and manufacturing of  this rollable display device and  its successors, since they are  large, very thin multilayer stacks that are continuously mechanically stressed when using the devices.  

    Other applications 

    • Adhesively bonded systems: Fixation of all kind of different materials is commonly done by polymeric adhesives. Because the two substrates may have widely different properties, special requirements are posed on the adhesive material.  Conductive adhesives will also be used in micro‐electronics to replace the solder materials in mechanic‐electrical joints. 

    • Releasable  adhesives: Many  applications  require  adhesives which  provide  an  adequate  bonding  between  two materials, which can be released easily.  Food containers, for example, are often closed by glueing an aluminum foil on the upper edge. This seal has to stay during sterilization, and easy to open by the customer afterwards. These  conflicting  requirements  call  for  dedicated  solutions, where  optimal  use  should  be made  on  the  load‐dependent interplay between adhesion and micro‐scale dissipation in the adhesive. 

    4.3 Users committee 

    Core members (participating industrial partners) 

    • Helianthos – contact person: Dr. R. Schlatmann, ir. W. Scheerder • Philips – contact person: Dr.ir. O. van der Sluis • Corus – contact persons: Dr.ir. G. Nagy • Polymer Vision – contact person: Dr. E. van Veenendaal 

    Confirmed additional members 

    • HOLST (systems‐in‐foil) – contact person: Prof.dr. A. Dietzel • DSM – contact person: Dr.ir. H. Van Melick • Hauzer Techno Coating – contact person: Dr.ir. P. Peeters • Abaqus (Simulia) – contact person:  Dr.ir. G‐J. Kloosterman • MSC Software – contact person: Dhr. M. Edelkamp 

    4.3 Implementation of results at industrial partners  

    The implementation of the results is largely integrated in workpackage 4 of the proposal. Each partner contributes in kind to the project, which guarantees the partner’s involvement and contributions to the project. Interfacial test data will be gathered  for each specific case, making use of mechanical and environmental durability and reliability tests. Workpackage 4  integrates 4  tasks which will  facilitate  the  transfer of  results  from WP2 and WP3  to  the  individual interests of each of the partners. These tasks will be supported by MSc students, as indicated. 

    4.4 Past performance  

    The proposed  research  team has been  successful  in  implementing  results of academic  research  into  the  industrial practice in a number of projects. Relevant to the present MuST proposal, we wish to emphasize: (1) the PhD work of Dr. Kouznetsova on first‐order computational homogenization, which has been transferred to Philips and presently to Corus;  (2)  the  PhD work  of Dr.  van  den  Bosch  on  cohesive  zone models, which  has  been  implemented  at  Corus packaging and Philips;  (3) the PhD work of Dr. Mediavilla on modeling ductile damage and crack propagation, which has been implemented at TNO, Philips and Corus; (4) the Post‐Doc work of Bas van Hal, where MSC implemented his cohesive zone control algorithm  in MSC.Marc  to  the benefit of Philips;  (5)  the PhD work of Dr. Matin and  ir. Erinc, where interface models for fatigue in Sn‐Ag‐Cu solders have been implemented in a commercial FE platform, which is 

  • Multi‐scale integrated cohesive interface Modelling           11 

    STW MuST – Multiscale Simulation Techniques Mi2M

    transferred to Philips (STW project EWT.4924); (6) the PhD work of Dr.E.T.J. Klompen, who's 3D nonlinear viscoelastic model for polymers has been made available for the community by software routines,  linked to the commercial FE‐program MSC.Marc, and are currently used at DSM and the Max Planck institute. 

    5. Contracts & patents To the best of our knowledge, we are not aware of any conflicting contracts or patents filed for the proposed research. 

    6. Requested financial support 

    6.1 Personnel 

    1 Ph.D. student (1.0 fte) is requested for a period of 4 years and 1 Post‐Doc (1.0 fte) for 2 years. 

    6.2 Materials 

    Specification  Amount National travel (1 PhD x 4 years x k€ 2/yr + 1 Post‐Doc x 2 years x k€ 2/yr) k€ 12 

    6.3 External travel expenses 

    Specification  Amount 1‐2 International visits per year (researchers and their supervisors: 2 x 4 years x k€ 5 / year)    k€ 40 

    6.4 Investments 

    Specification  Amount (€) 20 new high‐performance nodes for a computing cluster at TU/e (20 x k€ 3) k€ 60 8 new high‐performance nodes at RuG (8 x k€ 3) k€ 24 High‐performance PC for each academic workpackage (2 x k€ 4) k€ 8 The total amount requested for investments equals k€ 92 

    6.5 Contributions of partners 

    Specification  Amount (€) Helianthos: in kind 300 hours (240 hr senior staff/ 60 hr technician); cash k€ 10 k€ 40.0 

    Philips Applied Technologies: in kind 235 hours; materials k€ 10; cash k€ 5 k€ 39.9 

    Polymer Vision: in kind 189 hours; materials k€ 10; cash k€ 10 k€ 40.0 

    Corus : in kind 188 hours; materials&testing k€ 12; cash k€ 8 k€ 39.9 

    The total contribution of the industrial partners equals k€ 159.8, comprising a cash contribution of k€ 33.  

     

    6.5 Overview of the total project costs 

    The total financial costs for this project is summarized in the table below. All amounts are in euro, exclusive VAT. 

    Specification  Year 1  Year 2  Year 3  Year 4  Total expenses 

    Personnel (1 fte) PhD. 1  k€ 33.6  k€ 40.0  k€ 42.8  k€ 45.8  k€ 162.2 

    Personnel (1 fte) Post‐Doc  k€ 52.6  k€ 52.6  ‐  ‐  k€ 105.2 

    Helianthos – senior researcher  k€ 9  k€ 6  k€ 6  k€ 9  k€ 30.0 

    Philips – senior researcher  k€ 9  k€ 8  k€ 8  k€ 9.9  k€ 34.9 

    Polymer Vision – senior researcher  k€ 8  k€ 7  k€ 7  k€ 8  k€ 30.0 

    Corus – senior researcher  k€ 9  k€ 7  k€ 7  k€ 8.9  k€ 31.9 

    Materials  k€ 3  k€ 3  k€ 3  k€ 3  k€ 12 

    Foreign travel  k€ 12  k€ 12  k€ 8  k€ 8  k€ 40 

    Investments  k€ 92  ‐  ‐  ‐  k€ 92 

    Totals  k€ 228.2  k€ 135.6  k€ 81.8  k€ 92.6  k€ 538.2                                    Based on STW salary information dd. July 1st 2007 

    Required industrial contribution = 25% x k€ 538.2 = k€ 134.6 

    Realised Industrial contribution = k€ 159.8 

    Cash contribution from industry = k€ 33 

    Requested subsidy from STW = k€ 378.4 

  • Multi‐scale integrated cohesive interface Modelling           12 

    STW MuST – Multiscale Simulation Techniques Mi2M

    7. Literature  

    7.1 Relevant publications from the research group (last 6 years) M.A.H. van der Aa, P.J.G. Schreurs, F.P.T. Baaijens, Mech. Mat., 33, 555‐572, (2001) S. Basu, D.K. Mahajan and E. Van der Giessen, Polymer 46, 7504‐7518 (2005). M. Bulacu and E. Van der Giessen, Journal of Chemical Physics 123, 114901 (2005). M. Bulacu and E. Van der Giessen, Phys. Rev. E.76, 011807 (2007). M. Bulacu, University of Groningen, Ph.D. thesis (E. Van der Giessen, promotor) 2008. M.J. van den Bosch, P.J.G. Schreurs, M.G.D. Geers, Engng.Fracture Mech., 73(9), 1220‐1234, (2006) M.J. van den Bosch, P.J.G. Schreurs, M.G.D. Geers, Eur.J.Mech., 26(1), 1‐19, (2007) M.J. van den Bosch, P.J.G. Schreurs, M.G.D. Geers, Comp. Mech., accep, x, (2007) R. Estevez and E. Van der Giessen, Adv. Poly. Sci. 188, 195‐234 (2005). R. Estevez, S. Basu and E. Van der Giessen, Int. J. Fract. 132, 249‐273 (2005). M.G.D. Geers, V.G. Kouznetsova, W.A.M. Brekelmans, Journal de Physique IV, 11, 145‐152, (2001). M.G.D. Geers, V.G. Kouznetsova, W.A.M. Brekelmans, IJMCE, 1 (4), 371‐386  (2003). 

    E.T.J. Klompen, T.A.P. Engels, L.E. Govaert, H.E.H. Meijer, H.E.H, Macromolecules, 38, 6997‐7008 (2005).  

    E.T.J. Klompen, T.A.P. Engels, L. Van Breemen, P. Schreurs, L. Govaert, H.E.H. Meijer, Macromolecules, Vol 38, pp 7009‐7017, (2005) V.G. Kouznetsova, W.A.M. Brekelmans, F.P.T. Baaijens, Comp. Mech., 27, 37‐48, (2001). V.G. Kouznetsova, M.G.D. Geers, W.A.M. Brekelmans, Int. J. Numer. Meth. Engng, 54, 1235‐1260, (2002). V.G. Kouznetsova, M.G.D. Geers, W.A.M. Brekelmans, Comput. Methods. Appl. Mech. Engrg., 193(48‐51), 5525‐5550, (2004). V.G. Kouznetsova, M.G.D. Geers, W.A.M. Brekelmans, Int. Jnl. Multiscale Comp. Eng., 2(4), 575‐598, (2004). H.E.H. Meijer, L.E. Govaert, Macromol. Chem. Phys., 204(2), 274‐288, (2003) H.E.H. Meijer, L.E. Govaert, Prog. Polym. Sci., 30(8), 915‐938, (2005) H.G.H. van Melick, L.E. Govaert, H.E.H. Meijer, Polymer, 44, 2493‐2502 (2003). H.G.H. van Melick, A. van Dijken, J.M.J. den Toonder, L.E. Govaert, H.E.H. Meijer, Philos. Mag. A, 82(10), 2093‐2102, (2002) K.G.W. Pijnenburg, Th. Seelig and E. Van der Giessen, Eur. J. Mech. A/Solids 24 (2005) 740‐756. B.A.G. Schrauwen, R.P.M. Janssen, L.E. Govaert, H.E.H. Meijer, Macromolecules, 37, 6069‐6078 (2004). M.G.A. Tijssens and E. van der Giessen, Polymer 43, 831‐838 (2002).  

    7.2 Other references related to this research proposal A.V. Fedorov, R. van Tuijm, W.P. Vellinga and J.Th.M. De Hosson, Progress in Organic Coatings, 58, 2007, pp. 180‐186. 

    C‐Y Hui, D‐B Xu, E.J. Kramer, J. Appl. Phys., 72 (8), 1992, pp. 3294‐3304 

    M. Lane, Interface fracture, Annu. Rev. Mater. Res., 33, 2003, pp. 29‐54 

    M. Lane, R.H. Dauskardt, A. Vainchtein, H. Gao, J. Mater. Res., 15, 2000, pp. 2758‐2769 

    L.J. Mishnaevsky, D. Gross,Transactions of the ASME, 58, 2005, pp. 338‐353 K.G.W. Pijnenburg, A.C. Steenbrink, E. van der Giessen, Polymer 40 (1999) 5761‐5771. 

    F. Saulnier, T. Ondarcuhu, A. Aradian, E. Raphael, Macromolecules, 37, 2004, pp. 1067‐1075 

    R.P. Singhe, A. Gratien, J. Adhesion Sci. Technol., 17, 2003, pp. 871‐888 A.C. Steenbrink, E. van der Giessen and P.D. Wu, Journal Mech. Phys. Solids 45 (1997), 405‐437. A.C. Steenbrink and E. van der Giessen,  J. Mech. Phys. Solids 47 (1999) 843‐876. A.C. Steenbrink, E. van der Giessen and P.D. Wu, J. Mat. Science 33 (1998) 3163‐3175. R. van Tijum, W.P. Vellinga, J.Th.M. De Hosson, J. Mater Sci., 42, 2007, pp. 3529‐3536. 

    R. Vayeda, J. Wang, Int. J. of Adhesion and Adhesives, 27, 2007, pp. 480‐492 P.D. Wu and E. van der Giessen, J. Mech. Phys. Solids 41 (1993) 427‐456. M.G.A. Tijssens, E. van der Giessen and L.J. Sluys, Mech. Mater. 32 (2000) 19‐35. R. Estevez, M.G.A. Tijssens and E. Van der Giessen, J. Mech. Phys. Solids 48 (2000) 2585‐2617.  

    Q. Yao, J. Qu, Journal of Electronic Packaging, 124, 2002, pp. 127‐134 

    8. Keywords, abbreviations & acronyms 

    Keywords 

    Cohesive zone, adhesion, delamination, interface 

    Definitions and abbreviations 

    CZ  Cohesive Zone BC Boundary Conditions    CG  Coarse‐Grained BVP Boundary‐Value Problem MD  Molecular Dynamics  FEM Finite Element Method

       Appendix. Potential referees : A list of 5 world renowned experts on the topic of this proposal. 

    Appendix. Confirmation letters: Three letters written by competent partner authorities, officially stating their technical and financial contributions.