Show simple item record

Numerical modeling of residual strength of cracked struktural elements under cyclic loadings

dc.contributor.advisorJovanović, Boško
dc.contributor.otherRadunović, Desanka
dc.contributor.otherMaksimović, Stevan
dc.contributor.otherLučanin, Vojkan
dc.contributor.otherMijuca, Dubravka
dc.creatorBoljanović, Slobodanka
dc.date.accessioned2020-07-03T08:39:06Z
dc.date.available2020-07-03T08:39:06Z
dc.date.issued2012-10-24
dc.identifier.urihttp://eteze.bg.ac.rs/application/showtheses?thesesId=2278
dc.identifier.urihttp://nardus.mpn.gov.rs/handle/123456789/4193
dc.identifier.urihttps://fedorabg.bg.ac.rs/fedora/get/o:10142/bdef:Content/download
dc.identifier.urihttp://vbs.rs/scripts/cobiss?command=DISPLAY&base=70036&RID=45436431
dc.description.abstractU toku eksploatacije na strukturalne elemente dejstvuju radna opterećenja koja su najčešće cikličnog karaktera. Kontinuirano dejstvo cikličnih opterećenja dovodi do složenog procesa koji se naziva zamor. Pošto ciklična priroda opterećenja ne može biti eliminisana, a može dovesti čak do loma komponenti, vrlo je značajno da se sa posebnom pažnjom istražuje proces kao sto je zamor. Ukoliko se izučava kompletan proces zamora do pojave loma neophodno je razmatrati obe faze, fazu do pojave inicijalnog oštećenja i fazu širenja prsline. Sasvim je jasno da je lom najopasniji za elemente strukture prema tome neophodno je fokusirati se i analizirati mnogo pažljivije fazu širenja prsline. Lom je važna pojava, tako da se ova disertacija bavi analizom širenja prsline. U analizi koja se odnosi na ponašanje pri zamoru realnih elemenata strukture pri dejstvu cikličnih opterećenja, jedan od osnovnih ciljeva je razvoj pogodnih matematičkih modela/procedura za analizu preostalog veka. Ova disertacija prezentuje nekoliko kompletnih matematičkih modela za analizu širenja prsline. Kao spoljašnje opterećenje, u formulisanim modelima razmatrano je opterećenje konstantne i promenljive amplitude. Matematički modeli za analizu preostalog veka moraju biti formulisani tako da uključe i analiziraju adekvatne fenomene koji se pojavljuju za vreme dejstva cikličnih opterećenja. U ovoj disertaciji istraživanja vezana za širenje prsline su bazirana na fizičkim konceptima koji razmatraju različite fenomene kao što su: koncept baziran na gustini energije deformacije, koncept gde se razmatra efekat zatvaranja oko vrha prsline usled plastifikacije i koncept u kome se analizira efekat pika nadopterećenja (kašnjenje prouzrokovano nadopterećenjem). Pošto su tri različita koncepta istraživana, razvijeno je nekoliko modela za numeričku simulaciju širenja prsline. U predloženim matematičkim modelima za analizu širenja prsline razmatrani su gradijent širenja prsline, broj ciklusa opterećenja i broj blokova do konačnog loma. Model baziran na gustini energije deformacije je analiziran zbog jednostavnosti prilikom praktične primene pošto ne zahteva dodatno određivanje parametara koji se koriste u uslovima zamora (onih koji bi trebalo da budu posebno određeni za fazu širenja prsline). Kod modela baziranog na gustini energije deformacije upotrebljeni su parametri koji se uključuju pri malo cikličnom zamoru (parametri korišćeni za fazu do pojave inicijalnog oštećenja). Osim toga, u ovoj disertaciji su razvijena tri matematička modela bazirana na fenomenu zatvaranja oko vrha prsline usled plastifikacije. Formulisani modeli su korišćeni da bi se istražilo kako uključivanje fenomena zatvaranja oko vrha prsline usled plastifikacije utiče na broj ciklusa opterećenja do pojave loma. Matematički model baziran na trećem konceptu je formulisan da bi se razmatrao efekat pika nadopterećenja na proračun gradijenta širenja prsline kao i na proračun preostalog veka kod strukturalnih elemenata. Proračun napona oko vrha prsline je vrlo važan da bi struktura bila sigurna. U mehanici loma analiza napona je bazirana na poznavanju faktora intanziteta napona oko vrha prsline. Analiza napona može biti razmatrana primenom analitičkih i/ili numeričkih pristupa. Ova disertacija razmatra oba pristupa za izračunavanje faktora intenziteta napona kod strukturalnih elemenata. Kao numerički pristup korišćena je metoda konačnih elemenata. Ustvari, sa aspekta numeričkog pristupa razvijena je numerička procedura bazirana na 6-čvornim singularnim konačnim elementima za analizu širenja prsline. Metoda konačnih elemenata je korišćena prilikom numeričke simulacije novih korektivnih funkcija za proračun faktora intenziteta napona (kada se razmatraju složene geometrije i/ili spoljašnja opterećenja). Analiza širenja prsline je numerički sprovedena uključivanjem efekta zatvaranja oko vrha prsline usled plastifikacije. Tri različita modela, u kojim se razmatra efekat zatvaranja prsline, su poboljšana pomoću novih korektivnih faktora za efektivne faktore intenziteta napona primenom analize koja je bazirana na konačnim elementima. Osim toga, adekvatne metode su primenjene za razvoj novih polinomskih relacija (tj. korektivnih funkcija) važnih prilikom izračunavanja faktora intenziteta napona. Pored prethodnog trebalo bi dodati da su u ovoj disertaciji odabrane, a zatim i primenjene pogodne numeričke metode za numeričku integraciju prilikom izračunavanja broja ciklusa i broja blokova opterećenja do pojave loma. U ovoj disertaciji validnost prezetovanih modela za numeričku simulaciju širenja prsline je procenjena poređenjem sa eksperimentalnim rezultatima. Između numeričkih i eksperimentalnih rezultata dobijeno je veoma dobro slaganje. Prema tome, razvijeni matematički modeli za simulaciju širenja prsline mogu biti primenjeni kao sigurne i pouzdane proračunske procedure prilikom analize širenja prsline kod realnih strukturalnih elemenata.sr
dc.description.abstractDuring exploitation structural elements are subjected by service loadings that are most often of cyclic type. Continued influence of cyclic loadings leads to complex process known as fatigue. Since cyclic nature of loadings cannot be eliminated, but it could lead to failure of components, it is important to carefully investigate process such as fatigue. If the total process of fatigue failure is tackled, it is necessary to consider both, crack initiation phase and crack growth phase. Obviously, failure is the most dangerous for structural elements so it is necessary to focus and analyze more carefully fatigue crack growth phase. Due to importance of failure, this dissertation deals with crack growth analysis of structural elements. In the analysis related to fatigue behavior of real structural elements under cyclic loading, one of the fundamental issues is the evaluation of appropriate mathematical models/procedures for the fatigue life analysis. This dissertation presents a few complete mathematical models for crack growth analysis. As external loading, in formulated models are considered constant and variable amplitude loading. Mathematical models for fatigue life analysis must be formulated so that they include and analyze adequate phenomena which appear during cyclic loading process. In this dissertation, the crack growth investigations are based on physical concepts that consider different phenomena such as: concept based on strain energy density, concept where is considered the plasticity-induced crack closure effect, concept in which is tackled the single tensile overload effect (overload induced retardation). Due to the fact that three different concepts are investigated, a few models for numerical simulation of crack growth are developed. In proposed mathematical models for crack growth analysis are tackled crack growth rate, number of loading cycles and number of loading blocks up to failure. Strain energy density model is analyzed due to the fact that it is easy for practical applications since it does not require any additional determination of fatigue parameters (those would need to be separately determined for fatigue crack propagation phase). In strain energy density model, low cyclic fatigue parameters (parameters which are used for crack initiation phase) are used. Furthermore, in this dissertation, three mathematical models based on plasticity-induced crack closure phenomenon are developed. Formulated models are used in order to investigate how introduction of plasticity-induced crack closure phenomenon react on number of loading cycles up to failure. The mathematical model based on the third concept is formulated in order to tackle the single tensile overload effect on crack growth rate and life calculation of structural elements. For structural safety, the evaluation of stresses in the vicinity of cracks is very important. In fracture mechanics, the stress analysis is based on knowledge of the stress intensity factor at the tip of the crack. The stress analysis can be considered by performing analytical and/or numerical approaches. This dissertation tackled both approaches for stress intensity factor evaluation of the structural elements. As a numerical approach, finite element method is used. Thus, from the aspect of numerical approach, a numerical procedure based on 6-nodels singular finite elements for crack growth analysis is developed. In addition, finite element method is applied for numerical simulation of new corrective functions for stress intensity factor calculations (when complex geometry and/or external loadings are considered). Moreover, a crack growth analysis is numerically carried out by taking into account the plasticity-induced crack closure effect. Three different crack closure models are improved through new corrective factors for the effective stress intensity factors by performing finite element analysis. Furthermore, adeguate numerical methods are employed for the development/evaluation of a new polynomial expressions (i.e. corrective functions) important for stress intensity factor evaluations. Additionally, in this dissertation, favorable numerical methods are chosen, and then applied for numerical integration in order to calculate number of loading cycles and loading blocks up to failure. In this dissertation, the validity of presented models for numerical simulation of crack growth is assessed through a comparison with experimental data. Very good correlation between numerical and experimental results is obtained. Thus, developed models for crack growth simulation could be applied as safety and reliable computational procedures for crack growth analysis of real structural elements. Key words: . Scientific field: Scientific subfield: UDK number: 519.876.5:531.2/.3(en
dc.formatapplication/pdf
dc.languagesr
dc.publisherУниверзитет у Београду, Математички факултетsr
dc.rightsopenAccessen
dc.sourceУниверзитет у Београдуsr
dc.subjectZamorsr
dc.subjectFatigueen
dc.subjectširenje prslinesr
dc.subjectnumerička simulacijasr
dc.subjectMKEsr
dc.subjectgustina energije deformacijesr
dc.subjectzatvaranje prslinesr
dc.subjectpik opterećenjasr
dc.subjectcrack growthen
dc.subjectnumerical simulationen
dc.subjectFEMen
dc.subjectstrain energy densityen
dc.subjectcrack closureen
dc.subjectsingle overloaden
dc.titleNumeričko modeliranje preostale čvrstoće strukturalnih elemenata u prisustvu prsline pri cikličnim opterećenjimasr
dc.titleNumerical modeling of residual strength of cracked struktural elements under cyclic loadingsen
dc.typedoctoralThesisen
dc.rights.licenseBY-SA
dcterms.abstractЈовановић, Бошко; Радуновић, Десанка; Максимовић, Стеван; Лучанин, Војкан; Мијуца, Дубравка; Бољановић, Слободанка; Нумеричко моделирање преостале чврстоће структуралних елемената у присуству прслине при цикличним оптерећењима; Нумеричко моделирање преостале чврстоће структуралних елемената у присуству прслине при цикличним оптерећењима;
dc.identifier.fulltexthttp://nardus.mpn.gov.rs/bitstream/id/6677/Disertacija44.pdf


Files in this item

Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record