|
|
Ductile Fracture Criteria in Multiaxial Loading – Theory, Experiments and Application
Šebek, František ; Horyl, Petr (oponent) ; Španiel, Miroslav (oponent) ; Petruška, Jindřich (vedoucí práce)
This thesis is concerned with ductile fracture, which is a result of multiaxial quasi-static monotonic loading accompanied with large plastic deformations, while the local approach is considered for material degradation. In computations, the damage evolution is governed by used ductile fracture criteria. These were theoretically studied in the introduction, and the calibration procedure was proposed after the choice of suitable fracture criterion. Next, the experimental program was designed, and the tests on aluminium alloy 2024-T351, concerning tension, torsion and compression, were realized at a room temperature for the investigation of damage accumulation and reliable calibration of chosen phenomenological ductile fracture criterion, expressed through the fracture strain, and dependent on the hydrostatic pressure and deviatoric stress tensor. The ductile fracture model was then coupled with the yield criterion. Plasticity was considered in the form of taking into account the state of third invariant of deviatoric stress tensor as well for investigated material. The whole proposed approach that is fully applicable to multiaxial problems was implemented using user subroutine into the commercial software, based on the explicit finite element method. In the end, the application of the proposed approach to modelling of ductile fracture is presented in the form of verification using chosen specimens, resulting in the conclusions and recommendations for future studies.
|
|
|
Stanovení mechanických vlastností materiálů svarového spoje na základě měření tvrdosti
Stodola, Martin ; Španiel, Miroslav (oponent) ; Dlouhý, Ivo (oponent) ; Junek, Lubomír (vedoucí práce)
Práce se zabývá stanovováním mechanických vlastností materiálu na základě provedené instrumentované zkoušky tvrdosti. Podnětem k této práci byla smlouva o výzkumném projektu mezi ÚAM Brno, s.r.o. a společností ČEZ, a.s., kdy úkolem bylo vyvinout metodiku vyhodnocování změny mechanických vlastností pomocí NDT metody. Z těchto důvodů je vyvíjení metodiky zaměřeno především pro použití v praxi se zaměřením na určování mechanických vlastností heterogenního svarového spoje v provozu. Mechanické vlastnosti materiálu jsou určovány pomocí provedení nedestruktivního instrumentovaného měření tvrdosti dle Vickerse. Vyvíjená metodika pro stanovení základních mechanických vlastností je založena na principu inverzního modelování instrumentovaného měření tvrdosti metodou konečných prvků, kdy výstupem je indentační křivka a změřený povrch vtisku po odlehčení. Porovnáváním výstupů z experimentálního instrumentovaného měření tvrdosti a výstupů z modelované zkoušky tvrdosti pomocí MKP je dosaženo základních mechanických vlastností materiálu.
|
|
|
Výpočtová predikce tvárného porušování
Hůlka, Jiří ; Španiel, Miroslav (oponent) ; Žmindák,, Milan (oponent) ; Petruška, Jindřich (vedoucí práce)
Problematika (numerické) predikce tvárného porušení řeší v podstatě dva typy úloh. První a dnes nejrozšířenější skupina výpočtů je cílena na prevenci iniciace tvárného porušení. Druhý typ úloh lze charakterizovat jako cílené porušování, např. obrábění, stříhání, atd. K výraznému rozvoji problematiky došlo v posledních desetiletích díky vývoji a lepší dostupnosti k výkonným výpočetním a experimentálním nástrojům. Uspokojivý popis tvárného porušení při víceosém proporcionálním a neproporcionálním zatěžování však doposud chybí. Tato práce svým zaměřením pomohla objasnit některé neznámé a přispěla k pochopení chování vybraných materiálů při laboratorní teplotě a kvazistatickém zatěžování. Pro studium tvárného porušení byla vybrána austenitická ocel AISI 316L. Na ní byly provedeny jednoosé tahové zkoušky hladkých a vrubovaných vzorků, pěchovací zkoušky hladkých válečků a válečků s důlkem, dále zkoušky vzorků typu motýlek, zkoušky vrubovaných trubek a penetrační zkoušky. Z výsledků experimentu bylo kalibrováno pět jednodušších kritérií (ekvivalentní lomové přetvoření, Johnson-Cook, zjednodušený Bao-Wierzbicki, Rice-Tracey, RTCL ) a pět tzv. univerzálních kritérií (Bai-Wierzbicki, Xue-Wierzbicki, EMC, LOU, KHPS). Detailněji je řešena problematika penetračních testů nazývaná Small Punch Test (SPT). Ta potenciálně umožňuje stanovení mechanických vlastností materiálů z řádově menšího objemu materiálu než standardní zkoušky. Jedná se o perspektivní nástroj zpřesňující posuzování při prodlužování životnosti komponent v provozu. Provedena byla důkladná citlivostní analýza. Vytvořena a odladěna byla inverzní úloha SPT s využitím optimalizačního programu OptiSLang pro získání mechanických vlastností přímo z křivky SPT. Dosaženo bylo pouze 2% odchylky při určení meze kluzu a 6% odchylky od meze pevnosti získaných z tahových zkoušek. Navrženo bylo několik úprav geometrie penetračního vzorku pro kalibraci univerzálních kritérií. Kalibrovaná univerzální kritéria byla použita při simulaci porušení 3D modelu SPT. Nejlepší výsledky vykazují kritéria KHPS a EMC.
|
|
|
Ductile Fracture Criteria in Multiaxial Loading – Theory, Experiments and Application
Šebek, František ; Horyl, Petr (oponent) ; Španiel, Miroslav (oponent) ; Petruška, Jindřich (vedoucí práce)
This thesis is concerned with ductile fracture, which is a result of multiaxial quasi-static monotonic loading accompanied with large plastic deformations, while the local approach is considered for material degradation. In computations, the damage evolution is governed by used ductile fracture criteria. These were theoretically studied in the introduction, and the calibration procedure was proposed after the choice of suitable fracture criterion. Next, the experimental program was designed, and the tests on aluminium alloy 2024-T351, concerning tension, torsion and compression, were realized at a room temperature for the investigation of damage accumulation and reliable calibration of chosen phenomenological ductile fracture criterion, expressed through the fracture strain, and dependent on the hydrostatic pressure and deviatoric stress tensor. The ductile fracture model was then coupled with the yield criterion. Plasticity was considered in the form of taking into account the state of third invariant of deviatoric stress tensor as well for investigated material. The whole proposed approach that is fully applicable to multiaxial problems was implemented using user subroutine into the commercial software, based on the explicit finite element method. In the end, the application of the proposed approach to modelling of ductile fracture is presented in the form of verification using chosen specimens, resulting in the conclusions and recommendations for future studies.
|
|
|
Stanovení mechanických vlastností materiálů svarového spoje na základě měření tvrdosti
Stodola, Martin ; Španiel, Miroslav (oponent) ; Dlouhý, Ivo (oponent) ; Junek, Lubomír (vedoucí práce)
Práce se zabývá stanovováním mechanických vlastností materiálu na základě provedené instrumentované zkoušky tvrdosti. Podnětem k této práci byla smlouva o výzkumném projektu mezi ÚAM Brno, s.r.o. a společností ČEZ, a.s., kdy úkolem bylo vyvinout metodiku vyhodnocování změny mechanických vlastností pomocí NDT metody. Z těchto důvodů je vyvíjení metodiky zaměřeno především pro použití v praxi se zaměřením na určování mechanických vlastností heterogenního svarového spoje v provozu. Mechanické vlastnosti materiálu jsou určovány pomocí provedení nedestruktivního instrumentovaného měření tvrdosti dle Vickerse. Vyvíjená metodika pro stanovení základních mechanických vlastností je založena na principu inverzního modelování instrumentovaného měření tvrdosti metodou konečných prvků, kdy výstupem je indentační křivka a změřený povrch vtisku po odlehčení. Porovnáváním výstupů z experimentálního instrumentovaného měření tvrdosti a výstupů z modelované zkoušky tvrdosti pomocí MKP je dosaženo základních mechanických vlastností materiálu.
|
|
|
Výpočtová predikce tvárného porušování
Hůlka, Jiří ; Španiel, Miroslav (oponent) ; Žmindák,, Milan (oponent) ; Petruška, Jindřich (vedoucí práce)
Problematika (numerické) predikce tvárného porušení řeší v podstatě dva typy úloh. První a dnes nejrozšířenější skupina výpočtů je cílena na prevenci iniciace tvárného porušení. Druhý typ úloh lze charakterizovat jako cílené porušování, např. obrábění, stříhání, atd. K výraznému rozvoji problematiky došlo v posledních desetiletích díky vývoji a lepší dostupnosti k výkonným výpočetním a experimentálním nástrojům. Uspokojivý popis tvárného porušení při víceosém proporcionálním a neproporcionálním zatěžování však doposud chybí. Tato práce svým zaměřením pomohla objasnit některé neznámé a přispěla k pochopení chování vybraných materiálů při laboratorní teplotě a kvazistatickém zatěžování. Pro studium tvárného porušení byla vybrána austenitická ocel AISI 316L. Na ní byly provedeny jednoosé tahové zkoušky hladkých a vrubovaných vzorků, pěchovací zkoušky hladkých válečků a válečků s důlkem, dále zkoušky vzorků typu motýlek, zkoušky vrubovaných trubek a penetrační zkoušky. Z výsledků experimentu bylo kalibrováno pět jednodušších kritérií (ekvivalentní lomové přetvoření, Johnson-Cook, zjednodušený Bao-Wierzbicki, Rice-Tracey, RTCL ) a pět tzv. univerzálních kritérií (Bai-Wierzbicki, Xue-Wierzbicki, EMC, LOU, KHPS). Detailněji je řešena problematika penetračních testů nazývaná Small Punch Test (SPT). Ta potenciálně umožňuje stanovení mechanických vlastností materiálů z řádově menšího objemu materiálu než standardní zkoušky. Jedná se o perspektivní nástroj zpřesňující posuzování při prodlužování životnosti komponent v provozu. Provedena byla důkladná citlivostní analýza. Vytvořena a odladěna byla inverzní úloha SPT s využitím optimalizačního programu OptiSLang pro získání mechanických vlastností přímo z křivky SPT. Dosaženo bylo pouze 2% odchylky při určení meze kluzu a 6% odchylky od meze pevnosti získaných z tahových zkoušek. Navrženo bylo několik úprav geometrie penetračního vzorku pro kalibraci univerzálních kritérií. Kalibrovaná univerzální kritéria byla použita při simulaci porušení 3D modelu SPT. Nejlepší výsledky vykazují kritéria KHPS a EMC.
|
host ::
RSS.