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
- Tez No: 660713
- Danışmanlar: DOÇ. DR. TUNCAY YALÇINKAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- 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: Belirtilmemiş.
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
- Constitutive and numerical modeling of hydro-mechanically coupled behavior of unsaturated soils
Doygun olmayan zeminlerin hidro-mekanik bağlaşık davranışının bünyesel ve sayısal modellenmesi
MUSTAFA MERT EYÜPGİLLER
Doktora
İngilizce
2025
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET BARIŞ CAN ÜLKER
- 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
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK EROL
- Hydrodynamics and hydraulic performances of fish-friendly fine screens at water intakes of hydropower plants
Hidroelektrik santrallerin su alma yapılarında kullanılan balık dostu ince ızgaraların hidrodinamiği ve hidrolik performansı
CUMHUR ÖZBEY
Doktora
İngilizce
2025
İnşaat MühendisliğiHacettepe Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERHAT KÜÇÜKALİ
- Paketlenmiş gözenekli bir yatakta duyulur ısıl enerji depolamanın sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of sensible thermal energy storage in a packed porous bed
TAYFUN ERKINACI
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE FİLİZ BAYTAŞ
- 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
2022
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CÜNEYT SERT