Unapređenje, implementacija i eksperimentalna verifikacija numeričkog modeliranja oštećenja i loma metala primenom faznog modeliranja
Improvement, implementation and experimental verification of numerical modeling of damage and fracture of metals using phase-field modeling
Докторанд
Živković, JelenaМентор
Dunić, VladimirЧланови комисије
Grujović, NenadJovičić, Gordana
Rakić, Dragan
Milovanović, Vladimir
Метаподаци
Приказ свих података о дисертацијиСажетак
Rezime:
Model faznog polja oštećenja (eng. Phase Field Damage Model - PFDM)
predstavlja najsavremeniji vid simulacije predviđanja razvoja oštećenja i
prslina u materijalu. U ovoj disertaciji je modifikovan fon Mizesov
materijalni model za plastičnost metala i implementirana je poboljšana
varijanta PFDM da bi se simuliralo žilavo ponašanje metala. Poboljšanja
koja su predložena i implementirana u okviru ove doktorske disertacije su:
1) nov oblik promenljive sprezanja plastičnosti i oštećenja koja se
aktivira nakon dostizanja kritične vrednosti ekvivalentne plastične
deformacije;
2) proširenje fon Mizesovog modela dvointervalskom funkcijom
tečenja koja se sastoji od perfektne plastičnosti ili linearnog ojačanja sa
proširenom Simovom funkcijom ojačanja.
Eksperimentalna ispitivanja jednoosnim zatezanjem izvršena su na
epruvetama od legure aluminijuma 5083 i čelika S355 u cilju identifikacije
parametara materijala za verifikaciju implementiranog PFDM. Naizmenična
iterativna šema, multiplika...tivna dekompozicija gradijenta deformacije i
logaritamska mera deformacije implementirani su u softver PAK koji radi
na principu metode konačnih elemenata. Predložena implementacija PFDM je
prvo verifikovana na primeru sa jednim konačnim elementom iz literature, a
zatim su sprovedena eksperimentalna ispitivanja uzoraka i numerička
simulacija odgovarajućih MKE modela. Zabeleženo je odlično kvalitativno i
kvantitativno preklapanje krivih zavisnosti sila-pomeranje dobijenih
eksperimentalno i numerički. Prednosti predložene implementacije PFDM
su bolja kontrola simulacije razvoja oštećenja u konstrukcijama napravljenim
od legure aluminijuma ili čelika, kao i lako proširenje postojećeg fon
Mizesovog modela plastičnosti.
Abstract:
Phase-Field Damage Model (PFDM) represents a state-of-the-art simulation
tool for predicting damage and crack evolution in materials. This dissertation shows
the modification of the von Mises metal plasticity material model and implementation
of improved PFDM to simulate ductile behaviour of metallic materials. Proposed and
implemented improvements in this thesis are:
1) modified variable that couples plasticity and damage and is activated after
the critical equivalent plastic strain is reached;
2) extension of the von Mises plasticity model by a two-stage yield function
consisting of perfect plasticity or linear hardening and extended Simo-type hardening
function.
Experimental uniaxial tensile tests were performed using aluminium alloy 5083
and steel S355 specimens to identify the material parameters for verifying the
implemented PFDM. The staggered iterative scheme, multiplicative decomposition of
the deformation gradient, and logarithmic strain measure are implemented into... PAK
software based on the finite element method (FEM). Firstly, the proposed PFDM
implementation is verified by the “one finite element“ example from the literature, and
after that, the experimental tests on specimens and numerical simulation of
corresponding FE models were performed. Excellent qualitative and quantitative
overlapping of the force-displacement curves obtained experimentally and
numerically is recorded. Advantages of the proposed PFDM implementation are better
control of the simulation of damage evolution in aluminium alloy or steel structures,
and a straightforward extension of the existing von Mises plasticity model.