Návrh miniaturních těles pro kalibraci kritérií tvárného porušování
Loading...
Date
Authors
Salvet, Patrik
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Numerické simulace se v posledních letech s rostoucí výpočetní kapacitou výrazně rozšiřují. Metoda konečných prvků má velký potenciál k tomu, aby částečně nahradila a doplnila experimenty, které jsou drahé, zdlouhavé a často obtížně proveditelné. Jedno z hlavních využití numerických simulací je predikce a simulace chování materiálu. Tato diplomová práce se zabývá kalibrací a porovnáním různých fenomenologických kritérií tvárného porušování závislých na triaxialitě napětí a třetím invariantu tenzoru deviátoru napětí, které lze implementovat do metody konečných prvků k predikci růstu trhliny. Tato kritéria tvárného porušení byla kalibrovaná pro slitinu hliníku 2024-T351 s využitím makroskopických vzorků. Kalibrace byla provedena v MATLABU aproximací kalibračních bodů kritériem tvárného porušování s využitím optimalizační metody hejna částic. Hookův zákon, nový nedávno publikovaný model plasticity a nesvázaný model tvárného porušování kalibrovaný pomocí makroskopických vzorků byly implementovány do Abaqusu/Explicit za účelem navrhnutí čtyř miniaturních vzorků pro již sestrojené zkušební tahové zařízení. Navržené miniaturní vzorky zachycují různé typy napjatosti v místě iniciace trhliny zahrnující jednoosou napjatost, smykovou napjatost a rovinnou deformaci. Kombinací experimentů a numerických simulací těchto vzorků lze provést kalibraci kritérií tvárného porušování za účelem stanovení vhodnosti miniaturních vzorků pro predikci iniciace a šíření tvárného lomu.
Numerical simulations have been rapidly progressing in recent years due to an increasing computational capacity. Finite element method has a great potential to partially replace and complement experiments, which are expensive, time consuming, and often difficult to perform. One of the major applications of numerical simulations is the prediction and simulation of material behavior. This thesis deals with the calibration and comparison of various phenomenological ductile fracture criteria dependent on stress triaxiality and third invariant of the deviatoric stress tensor, which can be implemented in finite element method to predict crack propagation. The ductile fracture criteria have been calibrated for aluminium alloy 2024-T351 using macroscopic samples. The calibration was done in MATLAB by approximating the calibration points with the ductile fracture criterion using the particle swarm optimization. Hookes’s law, a new recently proposed plasticity model, and an uncoupled ductile fracture model calibrated by the macroscopic samples have been implemented into Abaqus/Explicit to design four miniature specimens for an already designed tensile testing device. The designed miniature specimens capture various stress states in the fracture initiation zone, including uniaxial tension, shear stress, and plane strain. Based on a combination of experimental measurements and numerical simulations of these samples, the ductile fracture criteria can be calibrated to determine the suitability of miniature samples for the prediction of ductile fracture initiation and propagation.
Numerical simulations have been rapidly progressing in recent years due to an increasing computational capacity. Finite element method has a great potential to partially replace and complement experiments, which are expensive, time consuming, and often difficult to perform. One of the major applications of numerical simulations is the prediction and simulation of material behavior. This thesis deals with the calibration and comparison of various phenomenological ductile fracture criteria dependent on stress triaxiality and third invariant of the deviatoric stress tensor, which can be implemented in finite element method to predict crack propagation. The ductile fracture criteria have been calibrated for aluminium alloy 2024-T351 using macroscopic samples. The calibration was done in MATLAB by approximating the calibration points with the ductile fracture criterion using the particle swarm optimization. Hookes’s law, a new recently proposed plasticity model, and an uncoupled ductile fracture model calibrated by the macroscopic samples have been implemented into Abaqus/Explicit to design four miniature specimens for an already designed tensile testing device. The designed miniature specimens capture various stress states in the fracture initiation zone, including uniaxial tension, shear stress, and plane strain. Based on a combination of experimental measurements and numerical simulations of these samples, the ductile fracture criteria can be calibrated to determine the suitability of miniature samples for the prediction of ductile fracture initiation and propagation.
Description
Keywords
Citation
SALVET, P. Návrh miniaturních těles pro kalibraci kritérií tvárného porušování [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2023.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Inženýrská mechanika
Comittee
prof. Ing. Jan Vimmr, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Luboš Náhlík, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc. (člen)
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jaroslav Zapoměl, DrSc. (člen)
prof. Ing. Pavel Hutař, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2023-06-12
Defence
Při obhajobě student nejprve prezentoval svoji diplomovou práci, následně byly přečteny posudky a student odpovídal na dotazy oponenta. Poté byly členy komise položeny následující otázky:
Můžete komentovat pozorovaný rozdíl mezi simulací a experimentem? Pokud nastává rozdíl mezi experimentem a simulací, jaké mohou být příčiny? Původní kalibraci jste prováděl také vy? Experimenty jste prováděli, nebo jen převzali výsledky? (zodpovězeno)
Jaký byl použit tenzometr? Znáte jeho tuhost? Nemohla tuhost tenzometru ovlivnit výsledky měření? (zodpovězeno)
Mohly by být výsledky závislé na orientaci zrn materiálu? Proč nebyla při výrobě vzorků zohledněna orientace zrn? (zodpovězeno částečně)
Jaká byla velikost vzorků? (zodpovězeno)
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení