|
|
Ductile Fracture Criteria in Multiaxial Loading – Theory, Experiments and Application
Šebek, František ; Horyl, Petr (referee) ; Španiel, Miroslav (referee) ; Petruška, Jindřich (advisor)
Práce se zabývá tvárným lomem, který je výsledkem víceosého kvazi-statického monotónního namáhání doprovázeného rozsáhlými plastickými deformacemi, přičemž pro degradaci materiálu je uvažován lokální přístup. Ve výpočtech o rozvoji poškození rozhodují použité mezní podmínky tvárného lomu. Tyto byly teoreticky studovány v úvodu práce a po výběru vhodné mezní podmínky byl stanoven postup kalibrace. Dále byl rozpracován plán měření a realizovány zkoušky při pokojové teplotě na slitině hliníku 2024-T351, zahrnující tah, krut a tlak, pro studium rozvoje poškození a věrohodnou kalibraci vybraného fenomenologického modelu tvárného porušování, vyjádřeného pomocí lomového přetvoření a závislého na hydrostatickém tlaku a deviátoru tenzoru napětí. Mezní podmínka tvárného lomu byla posléze svázána s podmínkou plasticity. Plasticita byla pro zkoumaný materiál uvažována ve tvaru zohledňujícím i stav třetího invariantu deviátoru tenzoru napětí. Celý navržený přístup, plně aplikovatelný na víceosé úlohy, byl implementován pomocí uživatelské rutiny do komerčního programu založeného na explicitní variantě metody konečných prvků. V závěru práce je předložena aplikace navrženého přístupu k modelování tvárného porušování v podobě verifikace na vybraných zkušebních testech, z níž plynou závěry a doporučení pro další práci.
|
|
|
Implementation, Calibration and Application of Ductile Fracture Conditions in FEM Programs
Kubík, Petr ; Plánička, František (referee) ; Kotoul, Michal (referee) ; Petruška, Jindřich (advisor)
The presented work is concerning with ductile fracture problematic under monotonic loading which is result of gradual material degradation at large plastic deformation. At present, a large number of models, which calibration is not trivial, are used for its prediction. Ductile fracture mechanisms and cut-off region are described in the literature search part. Next, there is given a summary of criteria which are based on different approaches to ductile fracture. There were proposed and used KHPS and KHPS2 criteria within this PhD thesis. Procedure of assessment of the stress-strain curve and ductile fracture criteria calibration are described in last part of the literature search. A summary of tests, which were done in order to calibrate chosen criteria, is given in experimental part. Various stress states within broad range of stress triaxiality and Lode parameter were reached using these tests. Special type of specimen, by which very low stress triaxiality value is reached, was designed within this work. All specimens were made from the steel 12 050. Wrought rods of one melt with circular cross-section of 27 mm in diameter were used as semi-product. Calibration of chosen ductile fracture criteria was performed using foregoing tests. These criteria were implemented by author into explicit finite element software ABAQUS/Explicit using user subroutine VUMAT. Chosen criteria were used for simulation of multistep extrusion at which formation of internal central cracks occurs. These criteria were also used for simulation of cutting of circular cross-section rods. Results from simulation were compared to experiments which were done by industrial partner J-VST.
|
|
|
Fracture toughness testing at high temperature range using miniaturized CT specimens
Holas, Jiří ; Kuběna, Ivo (referee) ; Šiška, Filip (advisor)
This master´s thesis deals with the evaluation of fracture behavior of ODS steel MA956 at high temperature range. This behavior was tested by using miniaturized CT specimens, on which were performed experiments to measure of ductile crack growth resistance curves (J-R curves). The value of the fracture toughness was determined from these J-R curves. Fracture properties were consequently evaluated by using fractographic analysis of the fracture surfaces. Structural properties of material was identified by hardness measurement and analyzed by metallographic methods. Results of the measurements show drop of the fracture toughness with respect to the increasing temperature.
|
|
|
Prediction of the fracture toughness temperature dependence
Václavík, Martin ; Pantělejev, Libor (referee) ; Válka, Libor (advisor)
The thesis is focused on the prediction of the fracture toughness temperature dependence through a universal curve of fracture toughness (also known as the master curve). To determine the parameters of the universal curve of fracture toughness, values acquired from the measurement results of fracture toughness and tensile tests of structural steel P91 are used. The theoretical part is based on a summary of the relevant information from the field of fracture mechanics and brittle-ductile fracture behavior of steels that are important for the understanding of fracture-strain response of materials depending on load conditions. The experimental part of the thesis contains the results from practical measurements and analyses, which were used for determining the parameters of a universal curve of fracture toughness as well as for the evaluation of fracture behavior and description of the impact of structural parameters on this behavior in case of steel P91.
|
|
|
Elastoplastic analysis of stress and deformation and determination of fracture parameters of bodies with stress concentrators under tensile loading
Dubravec, Kristián ; Majer, Zdeněk (referee) ; Horníková, Jana (advisor)
The aim of this thesis is the construction of a diagram of fracture strain for high strength steel OCHN3MFA and its application for the estimation of fracture toughness of this material. The first part of the thesis contains the necessary theoretical framework for numerical modelling of tensile tests of various specimens - smooth specimen, specimen with a notch and specimen with a circumferential crack, it describes the influence of triaxiality on the fracture of bodies and the possibilities of construction of the diagram of fracture strain. Subsequently, a numerical model of these specimens is created using the finite element method (FEM). A non-linear, elastoplastic calculation is performed. Fracture is identified by means of comparing the true stress versus the strain obtained from tests with the finite element analysis results. Stress–strain states of specimens at the moment of fracture are obtained from a numerical model. A diagram of fracture strain is constructed, and it is used to estimate the fracture toughness of a cracked body. Finally, a local approach, which uses the diagram of fracture strain, and a classical approach of fracture mechanics, especially the stress intensity factor, are compared.
|
|
|
Application of ductile fracture models in computational simulation of manufacturing operations
Hůlka, Jiří ; Houfek, Lubomír (referee) ; Petruška, Jindřich (advisor)
This diploma thesis is an introduction to the ductile fracture under large plastic deformations and is focused to numerical simulation of this type of problems. Explicit finite element method (FEM) is discussed in theoretical introduction as the most powerful tool for numerical calculations in this area. Actual state of research and possibilities of ductile fracture simulations are presented. Applicable fracture criteria are collected in a summary sheet and the most important ones are selected and commented in detail. The problem of implementation of selected criteria into commercial FEM packages is discussed, too. Main part of the work is presented in chapters 7÷9 where two ductile fracture criteria (Equivalent Fracture Strain and Johnson-Cook) are applied to numerical simulation of material cutting. All results were obtained with ABAQUS/Explicit 6.5.1 and their verification was realized by experimental measurement.
|
|
|
Design of miniature specimens for calibration of ductile fracture criteria
Salvet, Patrik ; Vobejda, Radek (referee) ; Šebek, František (advisor)
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.
|
|
|
Elastoplastic analysis of stress and deformation and determination of fracture parameters of bodies with stress concentrators under tensile loading
Dubravec, Kristián ; Majer, Zdeněk (referee) ; Horníková, Jana (advisor)
The aim of this thesis is the construction of a diagram of fracture strain for high strength steel OCHN3MFA and its application for the estimation of fracture toughness of this material. The first part of the thesis contains the necessary theoretical framework for numerical modelling of tensile tests of various specimens - smooth specimen, specimen with a notch and specimen with a circumferential crack, it describes the influence of triaxiality on the fracture of bodies and the possibilities of construction of the diagram of fracture strain. Subsequently, a numerical model of these specimens is created using the finite element method (FEM). A non-linear, elastoplastic calculation is performed. Fracture is identified by means of comparing the true stress versus the strain obtained from tests with the finite element analysis results. Stress–strain states of specimens at the moment of fracture are obtained from a numerical model. A diagram of fracture strain is constructed, and it is used to estimate the fracture toughness of a cracked body. Finally, a local approach, which uses the diagram of fracture strain, and a classical approach of fracture mechanics, especially the stress intensity factor, are compared.
|
|
|
Ductile Fracture Criteria in Multiaxial Loading – Theory, Experiments and Application
Šebek, František ; Horyl, Petr (referee) ; Španiel, Miroslav (referee) ; Petruška, Jindřich (advisor)
Práce se zabývá tvárným lomem, který je výsledkem víceosého kvazi-statického monotónního namáhání doprovázeného rozsáhlými plastickými deformacemi, přičemž pro degradaci materiálu je uvažován lokální přístup. Ve výpočtech o rozvoji poškození rozhodují použité mezní podmínky tvárného lomu. Tyto byly teoreticky studovány v úvodu práce a po výběru vhodné mezní podmínky byl stanoven postup kalibrace. Dále byl rozpracován plán měření a realizovány zkoušky při pokojové teplotě na slitině hliníku 2024-T351, zahrnující tah, krut a tlak, pro studium rozvoje poškození a věrohodnou kalibraci vybraného fenomenologického modelu tvárného porušování, vyjádřeného pomocí lomového přetvoření a závislého na hydrostatickém tlaku a deviátoru tenzoru napětí. Mezní podmínka tvárného lomu byla posléze svázána s podmínkou plasticity. Plasticita byla pro zkoumaný materiál uvažována ve tvaru zohledňujícím i stav třetího invariantu deviátoru tenzoru napětí. Celý navržený přístup, plně aplikovatelný na víceosé úlohy, byl implementován pomocí uživatelské rutiny do komerčního programu založeného na explicitní variantě metody konečných prvků. V závěru práce je předložena aplikace navrženého přístupu k modelování tvárného porušování v podobě verifikace na vybraných zkušebních testech, z níž plynou závěry a doporučení pro další práci.
|
|
|
Ductile fracture criteria in multiaxial loading – theory, experiments and application
Šebek, František ; Petruška, Jindřich (advisor)
Práce se zabývá tvárným lomem, který je výsledkem víceosého kvazi-statického monotónního namáhání doprovázeného rozsáhlými plastickými deformacemi, přičemž pro degradaci materiálu je uvažován lokální přístup. Ve výpočtech o rozvoji poškození rozhodují použité mezní podmínky tvárného lomu. Tyto byly teoreticky studovány v úvodu práce a po výběru vhodné mezní podmínky byl stanoven postup kalibrace. Dále byl rozpracován plán měření a realizovány zkoušky při pokojové teplotě na slitině hliníku 2024-T351, zahrnující tah, krut a tlak, pro studium rozvoje poškození a věrohodnou kalibraci vybraného fenomenologického modelu tvárného porušování, vyjádřeného pomocí lomového přetvoření a závislého na hydrostatickém tlaku a deviátoru tenzoru napětí. Mezní podmínka tvárného lomu byla posléze svázána s podmínkou plasticity. Plasticita byla pro zkoumaný materiál uvažována ve tvaru zohledňujícím i stav třetího invariantu deviátoru tenzoru napětí. Celý navržený přístup, plně aplikovatelný na víceosé úlohy, byl implementován pomocí uživatelské rutiny do komerčního programu založeného na explicitní variantě metody konečných prvků. V závěru práce je předložena aplikace navrženého přístupu k modelování tvárného porušování v podobě verifikace na vybraných zkušebních testech, z níž plynou závěry a doporučení pro další práci.
|
guest ::
