Original title: Návrh miniaturních těles pro kalibraci kritérií tvárného porušování
Translated title: Design of miniature specimens for calibration of ductile fracture criteria
Authors: Salvet, Patrik ; Vobejda, Radek (referee) ; Šebek, František (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2023
Language: eng
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [eng] [cze]
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.
Keywords: iniciace lomu; kalibrace materiálových parametrů; miniaturní vzorky; model plasticity; numerická simulace.; Slitina hliníku; tvárný lom; Aluminium alloy; calibration of material parameters; ductile fracture; fracture initiation; miniature specimens; model of plasticity; numerical simulation.

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/212228

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-615160


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses