Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmoud Kadkhodaei,Mohammad Mashayekhi
محمود کدخدایی الیادرانی (استاد راهنما) محمد مشایخی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Meisam Asgari
میثم عسگری

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Damage Modeling of Quasi-Brittle Materials with Micro-Plane Theory
The aim of this thesis is to extend a damage model for quasi-brittle materials based on the so-called Micro-plane theory with the V-D split. Micro-plane theory yields a simple constitutive equation relating the macroscopic stress or strain tensor to their components on different planes at each material point. Traditional approaches of microplane theory do not satisfy the second law of thermodynamics. Among all approaches of microplane theory, the formulation with V-D split is consistent with the second law of thermodynamics. In this research, the thermodynamically consistency of the V-D micro-plane model is clearly shown by extracting the same Material Jacobian Matrix as that of the linear elasticity. Damage mechanics is a new branch in mechanical engineering that deals with the science of growth and increasing the size of microcracks and microvoids in engineering material in order to predict the material response in a more precise way. Because damage is naturally an anisotropic characteristic of material, continuum damage mechanics which considers damage as an isotropic property of the material, can not formulate the anisotropy of damage, unless damage be considered as a complex forth or eighth order tensor at each material point. These assumptions in formulating anisotropic damage cause several complexities in dealing with difficult mathematical calculations. The aim to use Micro-plane theory to formulate the damage is its ability to incorporate anisotropic behavior of damage in a natural and simple way. In this research, the damage parameters of each Micro-plane have been considered as dependent parameters to the normal vector of the relevant Micro-plane. In previous researches, the damage parameters have been simply assumed to be the same for all of the micro-planes. In those researches, the results seemed reasonable; however, in the present work, not only the results are rational, but also the model is a more reliable continuum-based one. The presented model is then implemented in a VUMAT subroutine in ABAQUS and is applied to solve some definite problems like simple shear and uniaxial tension. In order to appraise the results of the extracted model, a macroscopic damage model based on linear elasticity and continuum damage mechanics is developed and implemented via a VUMAT subroutine in ABAQUS. The results of these two models are compared and analyzed. It is obvious from the results that the response of Microplane damage formulation is very similar to the results of macroscopic damage formulation. Furthermore, after progressive loading, it is observed that the response of microplane damage model converges to the response of the macroscopic model. Keywords :Quasi-brittle materials,Microplane theory, Damage mechanics.
: در این تحقیق یک مدل مناسب به منظور مدل سازی آسیب در مواد شبه ترد با استفاده از تئوری میکرو صفحه و کاربرد روش اجزا محدود ارائه شده است. در گام اول به معرفی رویکردهای مختلف تئوری میکرو-صفحه و سیر تکاملی کاربرد آن ها پرداخته شده است. رویکردهای اولیه ی میکرو-صفحه از جمله رویکرد میکرو-صفحه با تجزیه ی یک مولفه ی عمودی و دو مولفه ی برشی، رویکرد تجزیه ی یک مولفه ی عمودی و یک مولفه ی برشی و نیز رویکرد تجزیه ی حجمی کاهیده مماسی از نظر ترمودینامیکی قابل قبول نبوده به همین دلیل فرمول بندی آنها از نظر مکانیک محیط های پیوسته قابل قبول نیست. اگر چه این رویکردها نیز در مواردی منجر به دست یابی به پاسخ صحیح می شوند. در ادامه با ارائه فرمول بندی میکرو-صفحه با تجزیه ی حجمی-کاهیده و بررسی یکسان بودن آن با معادلات تئوری الاستیسیته ی خطی، سازگاری ترمودینامیکی این مدل تأیید شده است. در ادامه مدل آسیب مواد شبه ترد نظیر بتن به کمک تلفیق مدل میکرو-صفحه با یک مدل آسیب مناسب استخراج شده با استفاده از اصول کلی مکانیک آسیب پیوسته، ارائه شده است. مزیت این فرمول بندی توانایی بی نظیر آن در مدل کردن آسیب به عنوان کمیتی ناهمسان در ماده به شیوه ی ضمنی و ساده و به دور از محاسبات ریاضی و تانسوری پیچیده است. این قابلیت با وابسته فرض کردن پارامترهای آسیب هر میکرو-صفحه به راستای بردار نرمال آن میکرو-صفحه در هر نقطه ی مادی نشان داده شده است. تفاوت عمده ی تحقیق حاضر با آنچه در تحقیق های قبلی صورت گرفته نیز همین بیان ناهمسان آسیب میکروصفحات گذرنده از هر نقطه ی مادی است. در مدل های قبلی برای ساده سازی حل عددی، پارامترهای آسیب میکروصفحات گذرنده از یک نقطه ی مادی ثابت فرض شده است. در برخی موارد نیز از رویکردهای پیشین تئوری میکروصفحه برای توصیف آسیب استفاده شده است که این موارد به دلیل عدم سازگاری مدل های پیشین میکرو-صفحه با برخی اصول کلی مکانیک محیط های پیوسته و تنها با تکیه بر ارائه ی پاسخ صحیح، فاقد قابلیت اعتماد بالا است. در ادامه برای ارزیابی نتایج حاصل از مدل ارائه شده و نیز به منظور اعتبارسنجی مدل پیشنهادی، مدل آسیب ماکروسکوپیک با رویکرد مکانیک آسیب پیوسته تحلیل و پیاده سازی شده و نتایج آن با نتایج حاصل از مدل میکرو-صفحه مقایسه و مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور پیاده سازی مدل میکرو-صفحه ی ارائه شده و مدل آسیب ماکروسکوپیک دو زیربرنامه به زبان فرترن مبتنی بر روش اجزا محدود نوشته شده است. امتیاز اصلی این زیربرنامه ها بکارگیری آنها در نرم افزار ABAQUS و استفاده از حل گر قوی این نرم افزار است. با حل دو مسئله ی نمونه کشش ساده و برش ساده برای حالت کرنش صفحه ای با دو فرمول بندی آسیب میکرو-صفحه با تجزیه ی حجمی-کاهیده و فرمول بندی آسیب پیوسته به صورت ماکروسکوپیک نتایج حاصل از مدل ارائه شده تأیید و مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحلیل ها انطباق و مشابهت بسیار نزدیکی بین نتایج حاصل از دو روش شبیه سازی مذکور مشاهده شد. لغات کلیدی : مواد شبه ترد، مکانیک آسیب، تئوری میکرو-صفحه، تجزیه ی حجمی-کاهیده

ارتقاء امنیت وب با وف بومی