Geri Dön

Numerical implementation and analysis of a porous plasticity model for ductile damage prediction

Sünek hasar tahmini için gözenekli bir plastisite modelinin sayısal uygulaması ve analizi

  1. Tez No: 660713
  2. Yazar: CAN ERDOĞAN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. TUNCAY YALÇINKAYA
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 102

Özet

Sünek hasar ve kırılmanın mikro boşluk oluşumu, büyümesi ve birleşmesinden kaynaklandığı bilinmektedir. Sünek metallerin gözenekli mikromekanik tanımı, mühendislik malzemelerinde hasar ve kırılmayı tahmin etmek için kullanılan birçok fenomenolojik malzeme modeline yol açmıştır. Bu tezde, hızdan bağımsız bir porlu plastisite modelinin değerlendirmesi, temsili hacim elemanı (THE) hesaplamaları aracılığıyla yapılmıştır. Model, [1]'de sunulan formulasyona dayanmaktadır ve klasik bir J2 plastisite uygulamasına benzer bir deneme-düzeltme şeması aracılığıyla kullanıcı malzeme altprogramı olarak uygulanmıştır. Bu bağlamda, THE'ler izotropik üstel sertleşmeye sahip elastoplastik bir matris malzemesi ile çevrili periyodik küresel boşluk dizisinden alınmış ve yer değiştirme kontrollü bir yöntemle sabit üç eksenli gerilim altında deforme edilmişlerdir. Modelin uygulanması ve RVE hesaplamalarının yöntemi ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Orijinal modelin sınırlamaları tartışılmıştir. Hacimsel boşluk büyümesi ve eşdeğer gerilim-gerinim ilişkisi açısından model ile THE sonuçları arasında daha iyi bir uyum elde etmek için modele bir modifikasyon önerilmiştir. Sayısal analizler, bütün üç eksenli gerilim değerleri için THE simülasyonları ile uyum gösterebilen ve uygulaması basit olan kompakt bir modelin elde edilebileceğini göstermiştir. Yaygın olarak kullanılan Gurson-Tvergaard-Needlman (GTN) modeli ve mevcut model ile karşılaştırmalar yapılmıştır ve farklılıklar tartışılmıştır. Sünek malzemelerde son kırılma aşamasını simüle etmek için bu modele basit bir boşluk birleştime ilişkisi katılmıştır. Ek olarak, sünek kırılma simülasyonlarnda modelin performansını ele almak için GTN modeli, mevcut gözenekli plastisite modeli ve Johnson-Cook ayrık hasar modeli ile düz ve keskin olmayan çentikli çekme numuneleri ile kırılma simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, mevcut modelin ve GTN modelinin çentikli numunelerde mühendislik gerilim-gerinim ilişkisi ve porozite değişimi açısından neredeyse aynı sonuçları verebildiği gösterilmiştir. Tez, genel bir bakış açısı ve gelecekteki olası iyileştirmelerle sonuçlandırılmıştır.

Özet (Çeviri)

Ductile damage and fracture are known to be driven by the microvoid nucleation, growth, and coalescence. Porous micromechanical description of the ductile metals led to many phenomenological material models, which are used to predict the damage and fracture in engineering structures. In this thesis, the assessment of a rate-independent porous plasticity model is done through the representative volume element (RVE) calculations. The model is based on the formalism presented in [1] which is implemented as a user material subroutine through a prediction-correction scheme similar to a classical J2 plasticity framework. In this context, RVE's are taken from a periodic array of spherical voids surrounded by an elastoplastic matrix material with isotropic exponential hardening, and they are deformed under a constant triaxial stress state with a displacement controlled method. The implementation of the model and the method of the RVE calculations are explained in detail. Limitations of the original model are discussed, and a heuristics extensions to the constitutive framework is proposed to obtain a better fit between the porous model and the unit cell results in terms of volumetric void growth and equivalent stress-strain relation. Numerical analyses show the possibility of achieving a compact framework with a straightforward implementation that agrees well with the RVE simulations for a wide range of stress triaxiality values. The present framework is compared with the widely used Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) model and the differences are discussed. A simple void coalescence relation is added to this framework to simulate the final failure phase of ductile deformation. Additionally, tension simulations with smooth and blunt notched specimens are performed with the GTN model, the present porous plasticity model, and the Johnson-Cook uncoupled damage model to address the model's performance in a ductile fracture simulation. Results show that the present framework and the GTN model can yield almost identical results in notched simulations in terms of engineering stress-strain response and the porosity evolution. The thesis is concluded with an outlook and possible future improvements.

Benzer Tezler

  1. Dar gözenekli kanalların akustik ve akış davranışlarının optimizasyonu - dizel partikül filtresine uygulanması

    Optimization of acoustic and flow behavior of narrow porous channels - applied to the diesel particulate filter

    SİNEM ÖZTÜRK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALUK EROL

  2. Numerical modeling of charring ablative thermal protection systems under aerodynamic heating

    Aerodinamik ısınma altında kömürleşerek aşınan termal koruma malzemelerinin sayısal olarak modellenmesi

    VOLKAN COŞKUN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CÜNEYT SERT

  3. Numerical model of flue gas desulfurization spray tower in power plant

    Enerji santrallerinde baca gazı kükürt arıtma sistemlerinin nümerik modeli

    OSMAN GÖZÜTOK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. BAYRAM ÇELİK

  4. Design and analysis of a morphing wing prototype operated by a rail system for enhanced aerodynamic performance

    Ray sistemi ile çalışan ve gelişmiş aerodinamik performans sağlayan şekil değiştirebilen kanat prototipinin tasarımı ve analizi

    BURAK ÇAVUŞOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Havacılık ve Uzay MühendisliğiTürk Hava Kurumu Üniversitesi

    Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALİ RUHŞEN ÇETE

  5. Numerical implementation of culvert design methods

    Menfez dizayn metodlarının sayısal uygulaması

    ERDEM TOSUN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2002

    İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ŞAHNAZ TİĞREK