Ductile fracture of metallic materials through micromechanics based cohesive zone elements
Mikromekanik temelli kohezif bölge elemanları yoluyla metalik malzemelerde sünek kırılma
- Tez No: 644355
- Danışmanlar: DOÇ. DR. TUNCAY YALÇINKAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Uçak Mühendisliği, Aircraft Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 161
Özet
Sonlu elemanlar yöntemi ile beraber popülerlik kazanan kohezif bölge modellemesi, çatlak modellemesi, özellikle katman ayrılması, için yaygın olarak kullanılmıştır. Kohezif bölge modellerinin bünye denklemi, yani çekme-yer değiştirme eğrileri, çoğunlukla görüngüsel olarak çatlakların oluşması ve ilerlemesindeki fiziksel mekanizmalar dahil edilmeden türetilmektedir. Bu yaklaşım, mikromekanik olayların çekirdeklenme, büyüme ve porların birleşmesi ile açıklandığı sünek kırılma için de kullanılabilir. Bunun için fiziksel bir porun büyümesini hesaba katan mikromekanik temelli bir çekme-yer değiştirme eğrisi önceki çalışmalara dayanılarak geliştirildi [1–3]. Çekme direk olarak por oranı cinsinden elde edildi ve por oranının değişimi yer değiştirmeye bağlandı. Model iki boyutta içsel bir kohezif bölge modeli olarak uygulandı. Sonlu elemanlar yönteminin uygulama aşamaları ve metodolojisi, mod-I, mod-II ve karışık mod çatlakları için ayrıntılı olarak sunuldu. Karışık mod için türetme aşamaları sonucunda açık bir gösterim yerine çekme ve yer değiştirmeleri içeren bir akma fonksiyonu elde edildi. Dolayısıyla, karışık mod doğrusal olmayan denklem sistemini çözmek için örtük elastik-plastik bir numerik integrasyon düzeni kullanıldı. Uygulama, tek bir kohezif eleman ile testler yapılarak doğrulandı. Ayrıca model Abaqus içinde kullanıcı eleman altprogramı (UEL) olarak uygulandı ve sünek çatlak başlaması ve ilerlemesi üzerinde modelin kapasitesini ve por boyutu ve şekli gibi mikromekanik parametrelerin etkisini göstermek için nümerik CT ve SEN modelleri ile simülasyonlar yapıldı. Çalışma, geliştirilen mikromekanik modelin yüksek mukavemetli havacılık alaşımlarında belirli deformasyon mekanizmalarını açıklamada büyük bir potansiyel sunduğu gösterilerek ve modelin mikron boyutlu numunelerde kullanımına ilişkin bir bakış açısı sunularak sonuçlandırılmıştır.
Özet (Çeviri)
Gaining popularity after its coupling with the finite element method, cohesive zone modelling has been used extensively to model fracture, especially in delamination problems. Its constitutive relations, i.e. traction-separation laws, are mostly derived phenomenologically without considering the physical mechanisms of crack initiation and propagation. The approach could also be used for ductile fracture where the micromechanics of the phenomenon is explained by nucleation, growth and coalescence of pores. In this context, the objective of the current thesis is to develop and implement a cohesive zone modelling framework for ductile fracture in metallic materials. In order to accomplish this, a micromechanics based traction-separation relation which considers the growth of a physical pore is developed based on the previous works in [1–3]. Tractions are directly represented as a function of pore fraction, and its evolution is driven by separations. The model is implemented as an intrinsic cohesive zone model in a two-dimensional (2D) setting. Implementation steps and methodology including the finite element framework are presented in detail for mode-I, mode-II and mixed-mode fracture cases. The derivation of the mixed-mode case leads to a yield function representation of tractions and separa-tions, instead of an explicit expression. Hence, an incremental implicit elasto-plastic numerical integration scheme is developed to solve mixed-mode system of equations. Implementation is validated by running tests with a single cohesive element. In addition, the framework is implemented as a user element subroutine in Abaqus (UEL) and the numerical simulations are conducted with compact tension (CT) and single edge notch (SEN) specimens to show the capability of the model and the influence of the micromechanical parameters such as pore size and shape on the ductile crack initiation and propagation. The work is concluded by presenting an outlook for the usage of the model in micron sized specimens where the developed micromechanical model presents a great potential in explaining certain deformation mechanisms in high strength aerospace alloys.
Benzer Tezler
- Multi-scale deformation and failure prediction of polycrystalline metals: A case study on impact and localization
Polikristal metallerin farklı ölçeklerde deformasyon ve kırılma öngörüsü: Darbe ve lokalizasyon üzerine vaka çalışması
MORAD MIRZAJANZADEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. DEMİRCAN CANADİNÇ
- Karışık mod yük altında bulunan elastik-plastik malzemelerin üç boyutlu kırılma davranışları için yöntem ve ilgili kriterlerin geliştirilmesi
Development of methods and related criteria for the three-dimensional fracture behavior of elastic-plastic materials under mixed mode loading
EMRE KURT
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ OSMAN AYHAN
- Gaz enjeksiyon ve elementel karbon ilavesi yöntemleri ile tic takviyeli alüminyum matrisli kompozit üretimi
Başlık çevirisi yok
IŞIL ÇEVİKER KERTİ
Doktora
Türkçe
1998
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. H. ERMAN TULGAR
- T4 ve T6 ısıl işlemli 6061 alüminyum levhanın iki eksenli gerilmeler altında şekil değiştirmesinin incelenmesi
Investigation of deformation of T4 & T6 heat treated 6061 aluminum plate under biaxial stress
EGEMEN UZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAFAK YILMAZ
- Niyobyum borür katkılı Al5Si hibrit tozların ve kompozitlerin mekanik alaşımlama ve basınçsız sinterleme yöntemleriyle geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Developing and characterization of niobium boride reinforced Al5Si hybride powders and composites with mechanical alloying and pressureless sintering methods
EZGİ BURCU ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA LÜTFİ ÖVEÇOĞLU