Phase field fracture modeling of fatigue crack growth and ductile damage
Yorulma çatlak büyümesi ve sünek hasarın faz alan kırılma metodu ile modellenmesi
- Tez No: 826513
- Danışmanlar: Assoc. Prof. Dr. TUNCAY YALÇINKAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- 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: 104
Özet
Çatlak modellenmesi, doğasında bulunan süreksizlikler nedeniyle hesaplama açısından zorlu bir görevdir. Faz alanı yönteminin karakteristik özellikleri, çatlak büyümesine yönelik bir yayılma arayüzü yaklaşımıyla bu sınırlamaların üstesinden gelir. Bu tezde, gevrek kırılma için faz alanı yaklaşımı, literatürde açıklanan mevcut yöntemlere dayanarak yorulma ve sünek kırılma konularını kapsayacak şekilde genişletilmiş ve daha karmaşık davranışları simüle etmek için bazı yeni özellikler eklenmiştir. İki yorulma modeli, çatlak büyümesi geciktirme fenomenini yakalamak için tasarlanmış ek özelliklerle simüle edilmiş ve bu daha önce faz alanı çerçevesinde incelenmemiştir. Birinci model için, yorulma hasar birikimi algoritması bir hasar eşiği içerecek şekilde değiştirilmiştir. Bu, çatlak kapanma etkilerini ve dolayısıyla aşırı yük nedeniyle çatlak büyümesini geciktirme etkilerini simüle etmek için yapılmıştır. İkinci model için, temsili bir yük temeline dayalı zamansal yorulma hasar birikimi sistemi simüle edilmiş ve tek çevrim aşırı yüklemelere yanıt olarak hareket eden bir bölge tabanlı çatlak geciktirme mekanizması da eklenmiştir. Bu özellikler, her iki modelin de gerçekçi bir şekilde gerilim bölgesine sınırlı karmaşık değişkenli yükleme durumlarını simüle etmesine olanak sağlar. Yorulma modellerinin, uygulanan aşırı yüklemelerin ardından çatlak büyümesini geciktirme yeteneğine sahip olduğu ve deneysel sonuçlarla farklı düzeylerde başarı oranlarına sahip olduğu bulunmuştur. Plastik deformasyona bağlı kırılmayı simüle etmek için üçüncü bir faz alanı modeli kullanılır. Klasik fenomenolojik ayrışmamış hasar modeli, bir faz alanı sünek kırılma çerçevesine dahil edilerek, karmaşık gerilim durumlarında plastik hasar gelişimini doğru bir şekilde yakalamasına ve daha hassas kalibrasyon yapmasına olanak tanır. Hasar eşiği, kritik hasar gerilimi etrafındaki hasarın evrimini kontrol etmek için uygulanır. Model, çeşitli referans örnekler için verilen parametre setine göre deneysel yük-deplasman tepkimelerini başarılı bir şekilde yeniden üretebilir.
Özet (Çeviri)
The modeling of fracture is a computationally challenging task due to the inherent discontinuities involved. The characteristic features of the phase field methodology circumvent these limitations through a diffuse interface approach to crack growth. In this thesis, the phase field approach to brittle fracture is expanded to cover both fatigue and ductile fracture based on the existing methodologies described in the literature, with some novel features added to simulate more complex behavior. Two fatigue models are simulated with additional features in both designed to capture the crack growth retardation phenomenon, which has previously not been studied in a phase field framework. For one, the fatigue damage accumulation algorithm is altered to include a damage threshold. This is done to simulate crack closure effects and by extension, crack growth retardation effects due to overload. For the second model, a temporal fatigue damage accumulation system based on a representative load is simulated, additionally incorporating a zone based crack retardation mechanism that responds to single cycle overloads. These features allow both models to more realistically simulate complex variable amplitude loading cases restricted to the tensile region. The fatigue models are found capable of simulating crack growth retardation in the wake of applied overloads, with varying levels of success in matching experimental results. A third phase field model is used to simulate failure due to plastic deformation. A classical phenomenological uncoupled damage model is incorporated into a phase field ductile failure framework to allow it to accurately capture plastic damage evolution in complex stress states as well as allow more precise calibration. A damage threshold is applied to control the evolution of damage around the critical failure strain. The model is able to reproduce experimental load-displacement responses, plastic deformation and crack patterns for the given parameter set for various benchmark specimens.
Benzer Tezler
- Karbon lifli polimerler (CFRP) ile güçlendirilmiş çelik-betonarme kompozit kirişlerin yorulma davranışı
Fatigue behavior of steel-concrete composite beams strengthened with carbon fiber reinforced polymers (CFRP)
BARIŞ GÜNEŞ
Doktora
Türkçe
2013
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NAMIK KEMAL ÖZTORUN
PROF. DR. ALPER İLKİ
- Arayüzeyinde çatlak bulunan bimateryalin termomekanik incelenmesi
Thermomechanical analysis of bimaterial an interfacial crack
SÜLEYMAN TAŞGETİREN
- Phase-field modeling of cracking in additively manufactured concrete
Eklemeli şekilde üretilen betondaki çatlamanın faz alanı yöntemi ile modellenmesi
OZAN ÖZGÜR KAYNAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERDAR GÖKTEPE
- An explicit phase field modeling of brittle plates with nonlocal operator method under certain loading condition
Belirli yükleme koşulları altındaki kırılgan levhaların açık faz alan yöntemi ve lokal olmayan operatör metodu ile modellenmesi
UMUT ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVAT ERDEM İMRAK
- Modeling of coupled behavior of multifunctional composite structures for energy storage
Enerji depolama için çok fonksiyonlu kompozit yapıların akuple davranış modellemesi
İMREN UYAR YAZICI
Doktora
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERCAN GÜRSES