A stochastic extension on phase-field modeling of fracture in rubber-like materials
Kauçuk benzeri malzemelerde faz alanı yırtılma modellemesi için stokastik uzantı
- Tez No: 1001684
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSNÜ DAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kauçuk benzeri malzemeler, yüksek tersinir deformasyonlara uğradıkları için mühendislik uygulamalarında kritik öneme sahiptir. Bu malzemelerin hasarını tahmin etmek, aşırı doğrusal olmayan davranışlar ve tekillikler nedeniyle karmaşık bir problemdir. Hasar modellemesinde önde gelen bir yaklaşım, kırılmayı sağlam halden hasarlı hale yayılımlı bir şekilde modelleyen faz-alanı yöntemidir. Bu yöntem kullanışlı olsa da, standart deterministik modeller, malzemenin kırılma direncini belirleyen kritik enerjisinin homojen bir dağılıma sahip olduğunu varsayar. Bu varsayım, fiziksel gerçeklikle örtüşmemektedir. İdealize edilmiş simülasyonlarda, heterojen yayılımın eksikliği, çatlakların geometrik merkezde birleşmesine sebep olur. Gerçek elastomerler, düzensiz çatlak topolojilerine ve istatistiksel saçılıma yol açan üretim kusurları ve heterojeniteler içerir. Bu eksiklik, faz-alanı kırılmasına sotkastik bir ekenti geliştirilerek ele alınmıştır. Çalışmanın motivasyonları, idealize edilmiş simülasyonlar ile deneysel verilerin saçınımlı doğası arasındaki boşluğu kapatmak ve deneylere benzer çatlak yolları elde etmektir. Doğal kusurları taklit etmek ve homojen modellerin yapay simetrisini kırmak için malzemenin kritik enerji yoğunluğuna uzamsal ilişkili rastgele alanlar eklenmiştir. Nitril Bütadien Kauçuğun hiperelastik davranışı genişletilmiş sekiz-zincir modeli kullanılarak karakterize edilmiş ve kırılma ile alakalı veriler tek eksenli ve Çift Kenar Çentikli Çekme (DENT) deneyleri ile nicelendirilmiştir. İçsel heterojeniteyi temsil etmek için Rastgele Gauss Alanı (GRF) ve gradyan tabanlı Perlin gürültüsü uygulanmıştır. Sonuçlar, yapısal rastgeleliğin dahil edilmesinin çatlak ilerlemesini başarılı bir şekilde yönlendirdiğini ve gerçekçi olmayan kırılma yollarını önlediğini göstermektedir. Önerilen metodoloji, kuvvet-deplasman tepkisini ve deneysel olarak gözlemlenen simetrik olmayan çatlak topolojilerini doğru bir şekilde yeniden üretmektedir.
Özet (Çeviri)
Rubber-like materials are crucial in engineering applications as they undergo large reversible deformations. Predicting their failure is a complex challenge due to extreme non-linearities and singularities. A leading approach for modeling failure is the phase-field method, which models fracture as a continuous field of damage values that transition diffusely from intact to broken state. While convenient, standard deterministic models assume a homogeneous distribution of the material's critical energy governing fracture resistance. This assumption creates a discrepancy with physical reality. In idealized simulations, lack of internal distribution forces cracks to follow“perfect”paths that coalesce at the geometric center. Real elastomers contain manufacturing defects and heterogeneities, resulting in erratic crack topologies and statistical scatter. We address these limitations by developing a stochastic extension to the phase-field fracture framework. The motivations are to bridge the gap between idealized predictions and the scattered nature of experimental data, while obtaining crack paths similar to experiments. We introduce spatially correlated random fields into the material's critical energy density to mimic natural imperfections and break the artificial symmetry of homogeneous models. The hyperelastic behavior of Nitrile Butadiene Rubber is characterized using the extended eight-chain model, and fracture variability is quantified through uniaxial and Double Edge Notch Tension (DENT) experiments. Gaussian Random Fields (GRF) and gradient-based Perlin noise are implemented to replicate internal heterogeneity. Results demonstrate that introducing structured randomness successfully steers crack propagation, preventing unrealistic fracture paths. The proposed framework accurately reproduces the force-displacement response and the non-symmetric crack topologies observed experimentally.
Benzer Tezler
- Quantal description of spinodal instabilities in asymmetric nuclear matter
Asimetrik nükleer maddenin spinodal kararsızlıklarının kuantal olarak incelenmesi
FATMA ACAR ÇAKIRÇA
Doktora
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN YILMAZ
PROF. DR. ŞAKİR AYIK
- Bir yolcu vagonunun dinamik tasarımı ve titreşim konferunun analizi üzerine bir yaklaşım
Dynamic design verification and vibratory comfort analysis of a passenger coach by using the lumped and the continious systems models
ERDAL ABA
- Hybridization of probabilistic graphical models and metaheuristics for handling dynamism and uncertainty
Değişimin ve belirsizliğin ele alınması için olasılıksal çizgesel biçelerin ve sezgi-üstlerinin melezleştirilmesi
GÖNÜL ULUDAĞ
Doktora
İngilizce
2021
Nörolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE ŞİMA UYAR
- İki boyutlu sistemlerin yüksek mertebeden istatistik ile modellenmesi
Modelling of two-dimensional systems using higher order statistics
A. MAHİR ÖZDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. AHMET H. KAYRAN
- Taşıyıcı yüzey sistemlerinin girdap kafes yöntemi ile analizi ve genetik algoritma ile eniyilemesi
Analysis and optimization of lifting surface systems using vortex lattice method with genetic algorithm
OSMAN MİRZA DEMİRCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT ADİL YÜKSELEN