Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Mashayekhi,Jamshid Parvizian
محمد مشایخی (استاد راهنما) جمشید پرویزیان (استاد مشاور)
 
STUDENT
AMIR HOSEIN HADADGAR ESFAHANI
امیرحسین حدادگراصفهانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Implementation of Ductile Damage Model with Crack Closure Effect by Finite Element and Finite Cell Methods
Damage mechanicis concerned with the representation or modeling of damage of materials that is suitable for making engineering predictions about the initiation, propagation and fracture of materials without resorting to a microscopic description that would be too complex for practical engineering analysis. Damage of materials means the progressive or sudden deterioration of their mechanical strength because of loadings or thermal or chemical effects. From a physical point of view, damage can originate from multiple causes: debonding of atoms, nucleation, or growth and coalescence of microcracks and microcavities. Despite the discontinuous nature of such processes at the microscale, continuous damage means a homogeneous modeling in which microcracks and microvoids are represented by a continuous variable in the sense of the mechanics of continuous media. This researsh discusses some aspects of the Finite Element and Finite Cell prediction of damage growth and fracture initiation by considering crack closure effect in ductile materials under small strains and nonlinear isotropic hardening conditions. The Finite Cell Method (FCM) is the result of combining the p-version finite element ( p -FEM) and fictitious domain methods, and has been shown to be effective in solving problems with complicated geometries for which the meshing procedure can be quite expensive. It, therefore, combines fast and simple mesh generation with a high convergence rate inherited from p -FEM. The simple geometry of the embedding domain can be readily discretized. Therefore, the FCM is appropriate especially for problems of complex geometries while the problem of discretization is replaced by the problem of integration. In the first step, a fully coupled elastic-plastic-damage model based on modified Lemaitre ductile damage model in axisymmetric, plane strain and three-dimensional problems was developed and implemented into FEM and FCM implicit codes and an optimization algorithm was presented. In this context, we focus on the crucial issues of constitutive modelling, finite element implementation (Abaqus-umat) and finite cell performance. Constitutive modelling is treated within the framework of continuum damage mechanics. The effect of micro-crack closure, which may dramatically decrease the rate of damage growth under compression, is incorporated and its computational implementation is discussed. The performance of the method is verified by means of numerical examples such as extrusion and upsetting, and then the results were compared with exprimental observations. Comparison of the results showed that modified Lemaitre damage model can be used as a quick and accurate tool to predict ductile damage, fracture, and forming limits in forming processes. Keywords: Ductile damage, Finite element method, Finite cell method, Crack closure effect
یکی از مهم ترین اهداف و چالش های مهندسین مکانیک در زمینه فرآیند های شکل دهی، پیش بینی حد شکل دهی واستحکام محصولات است. مکانیک آسیب پیوسته از روش های نسبتاً جدیدی است که به بررسی جوانه زنی، رشد و به هم پیوستن حفره ها و ترک ها در ماده و گسترش آسیب می پردازد و به خوبی توانسته به این نیاز پاسخ دهد. این روش نسبت به سایر روش های تحلیل شکست در قطعات مانند مکانیک شکست و تئوری پلاستیسیته، دقت و کارایی بیشتری دارد. یکی از ابزارهای عددی مناسب و جدیدی که برای شبیه سازی مکانیک آسیب می تواند مورد استفاده قرار گیرد، روش سلول های محدود است. این روش عددی شبکه بندی مسئله را به طور قابل توجهی ساده می سازد و نیاز به المان ها و شبکه بندی های پیچیده را حذف می کند. لازم به ذکر است که روش اجزاء محدود هنوز هم پرطرفدارترین و گسترده ترین روش عددی موجود می باشد. در این تحقیق رشد آسیب در مواد نرم با در نظر گرفتن اثر بسته شدن ترک ها در بارگذاری های فشاری به کمک روش های اجزاء محدود و سلول محدود پیاده سازی شد. بدین صورت که ابتدا مدل آسیب اصلاح شده لمتر که اثر بسته شدن ترک ها را در نظر میگرفت، انتخاب گردید. در گام اول، یک فرمول بندی مناسب برای مسائل الاستیک پلاستیک آسیب در حالت کرنش صفحه ای و سه بعدی استخراج و یک الگوریتم بهینه جهت حل ارائه گردید. در این الگوریتم نوین، به هنگام نمودن تنش ها تنها توسط یک معادله جبری غیرخطی که کارآیی بالا و افزایش سرعت همگرایی را به دنبال دارد، انجام می گیرد. به منظور پیاده سازی این الگوریتم، یک زیربرنامه بهینه Umat مبتنی بر روش اجزاء محدود برای شبیه سازی فرآیندهای شکل دهی شبه استاتیک وهم دما نوشته شد. امتیاز اصلی این زیربرنامه، استفاده از دامنه وسیعی از المان ها، مدل های متفاوت ماده، سرعت و دقت بالا، به کارگیری آن در نرم افزار Abaqus و استفاده از حلگرهای دستگاه معادلات با راندمان بالا و قوی است. گام بعدی پیاده سازی مدل به روش سلول محدود و استفاده از مزایای این روش بود. بدین منظور، روابط و معادلات ساختاری این مدل برای استفاده در نرم افزار AdhoC آماده سازی شد. همچنین به منظور اعتبار سنجی مدل آسیب نرم، نتایج به دست آمده از مدل با نتایج عددی و تجربی مقایسه شد. پس از کسب اعتبارلازم، تعدادی از فرآیندهای متداول شکل دهی نظیر آهنگری و اکستروژن شبیه سازی شده و وقوع شکست نرم در آن ها پیش بینی گردید. کلمات کلیدی مکانیک آسیب نرم، اجزا محدود، سلول محدود، اثر بسته شدن ترک ها

ارتقاء امنیت وب با وف بومی