Skip to main content
SUPERVISOR
Seyed Ailreza Shahidi rizi,Mohammad Mashayekhi
سید علیرضا شهیدی ریزی (استاد مشاور) محمد مشایخی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Adel Shams Kopaye
عادل شمس کوپائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Implementation of Nonlocal Ductile Damage Model and Its Application in Orthogonal Cutting Process
In the present work, a general framework for a nonlocal damage model based on the implicit gradient damage model is developed and implemented using finite element method. Continuum damage models describe the changes of material stiffness and strength, caused by the evolution of defects, in the framework of continuum mechanics. In many materials, a fast evolution of defects leads to stress strain laws with softening, which creates serious mathematical and numerical problems. The reason for this is the observed dependency of the obtained results with mesh size and orientation, especially in the neighborhood of localized damage area. The finite element simulations of material instability problems converge to meaningful results upon further refinement of the finite element mesh. To avoid pathological localisation and mesh dependence and to incorporate length scale effects due to microstructure evolution, the damage growth is driven by a nonlocal variable via a second order partial differential equation. This implicit gradient formulation introduces an additional partial differential equation of the Helmholtz type, which is solved in a coupled fashion with the standard equilibrium equation. Implementing this coupled problem in a finite element program for small deformations follows standard routines: elaboration of the weak form of the governing equations, linearization and discretization. The system of equations is incorporated in a full Newton-Raphson incremental iterative solution strategy. This thesis covers a study on using nonlocal damage model in simulation of orthogonal metal cutting by finite element method. The numerical examples presented in the following thesis have a twofold purpose: to illustrate the effectiveness of the proposed nonlocal implicit gradient formulation in attenuating the mesh dependency, in cutting simulation involving damage localization due to formation of primary shear band, and propose a reliable separation criteria for orthogonal metal cutting. To focus on effectiveness of the proposed nonlocal implicit gradient formulation on the cutting simulation, a simple finite element model under plane strain deformation will be used to investigate the mechanics of cutting from the incipient stage.The use of nonlocal gradient damage models in cutting simulation analysis provides consistent and reliable FEM simulation. The use of nonlocal damage aims to obtain a clearer figure about the reliability of the separation criteria for orthogonal metal cutting. Keywords: Nonlocal Damage, Finite Element Method, Length Scale, Shear Band, Localization, Separation Criterion, Orthogonal Cutting
در این تحقیق به پیاده‌سازی و به کار‌گیری مدل آسیب غیر‌محلی بهبود یافته ضمنی گرادیان الاستیک پلاستیک در مواد شکل‌پذیر پرداخته شده است. در ابتدا فرمول‌بندی این مدل ارایه و سپس این فرمول‌بندی در چارچوب اجزای محدود پیاده‌سازی شده است. در آلگوریتم به کار گرفته شده جهت پیاده‌سازی مدل آسیب غیر‌محلی از روش لاگرانژ جهت به روز رسانی متغیر‌ها استفاده می‌شود. تنش‌ها با استفاده از آلگوریتم برگشت شعاعی بر روی سطح بر اساس روش ضمنی بازگشتی اویلر پسرو محاسبه می‌شوند. به منظور پیاده‌سازی این آلگوریتم از کد اجزا‌ی محدود به زبان FORTRAN77، که توسط کاربر برای حل مسائل با تغییر شکل‌های کوچک نوشته شده است استفاده می‌شود. امتیاز اصلی این برنامه، امکان ایجاد تغییرات دلخواه جهت تحت کنترل بودن کلیه قسمت‌ها‌ی برنامه می‌باشد. در ادامه جهت به دست آوردن قانون رشد آسیب مناسب برای مدل غیر‌محلی، به پیاده‌سازی مدل آسیب نرم با استفاده از قانون رشد آسیب لمتر و قانون نمایی پرداخته شده است. از آنجایی که در مدل غیر‌محلی به شبیه‌سازی رفتار گذار ماده از حالت کار سختی به حالت نرم شدن ماده در فرآیند، که در اثر شروع و رشد آسیب نرم تا نقطه زوال نهایی ماده پرداخته می‌شود، برای توصیف و ارایه کاربرد بهتر مدل آسیب غیر‌محلی در جایی که آسیب بحرانی به شدت محلی شده است از قانون نمایی برای رشد آسیب در شبیه‌سازی مدل‌های غیر‌محلی به علت رشد ملایم‌تر و دستیابی به مقادیر بالای آسیب استفاده شده است. بر اساس این فرمول‌بندی رشد آسیب در یک نقطه متاثر از مقدار آسیب در یک محدوده مشخص از اطراف آن نقطه است که این محدوده توسط طول مشخصه ماده مشخص می‌شود. طول مشخصه بیان‌گر منطقه‌ای است که در آن آسیب متمرکز و در نتیجه آن پدیده نرم شدگی رخ می‌دهد. این طول مشخصه یک مقدار مهم برای بدست آوردن جواب‌های قابل اعتماد جهت بررسی رفتار نرم شدگی در ماده است. استفاده از مدل‌های غیر‌محلی می‌توان به درستی به مدل‌سازی و شبیه‌سازی شروع آسیب و رشد آن پرداخت بدون آن که در حل عددی به مشکل‌هایی از قبیل محلی شدن آسیب، نامطلوب بیان شدن مسئله مقدار مرزی و وابستگی مسئله به اندازه المان به وجود آید. به طور کلی، رویکرد غیر‌محلی شامل جایگزینی یک متغیر توسط همتای غیر‌محلی آن بوسیله متوسط‌گیری آن متغیر در همسایگی آن نقطه است. بنابراین مدل‌ غیر‌محلی توانایی توصیف تغییرات زیاد کرنش‌، را در منطقه محلی شدن تغییر شکل‌ها دارد. از این مدل می‌توان برای شبیه‌سازی فرآیند ماشینکاری با توجه به شرایط خاص این فرآیند پرداخت. به کار‌گیری مدل آسیب غیر‌محلی در فرآیند ماشینکاری معیاری صحیح جهت شکست ماده و جدایش المان در شبیه‌‌سازی‌های اجزای محدود فرآیند، ارایه می‌کند بدون اینکه قبل و بعد از رسیدن به شرایط پایدار در شبیه‌سازی فرآیند ماشینکاری تغییرات شدید کرنش پلاستیک را شاهد باشیم. استفاده از مدل آسیب غیر‌محلی بر اساس طول مشخصه داخلی، وابستگی نتایج حاصل از تحلیل عددی به اندازه المان را در فرآیند ماشینکاری حذف می‌کند و راه حل منحصر به فردی جهت برش براده، اگر بتوان از اثر دما صرف نظر کرد ارایه می‌کند. در این مدل شکل براده، نحوه جدایش المان توسط رشد آسیب غیر‌محلی که مستقل از اندازه المان است کنترل می‌شود. کلمات کلیدی: مدل آسیب غیرمحلی، روش اجزای محدود، طول مشخصه داخلی، باند برشی، محلی شدن آسیب، معیار جدایش، براده برداری متعامد

ارتقاء امنیت وب با وف بومی