|
|
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.
|
|
|
A simulation of closed die forging using finite element method
Nytra, Michal ; Šebek, František (referee) ; Kubík, Petr (advisor)
Tato diplomová práce se zabývá výpočtovým modelováním zápustkového kování, které patří do metod objemového tváření zatepla. Cílem je změnit běžnou praxi tvorby výpočtových modelů ve specializovaných softwarech na bázi metody konečných prvků (MKP) a sestavit výpočtový model v MKP softwaru Abaqus. Pro výpočet jsou zde použity deformační varianta MKP a explicitní algoritmus. Řešenou součástí je ozubené kolo automobilové převodovky. V rámci práce je vytvořena rešerše z oblasti objemového tváření včetně specializovaných programů pro simulace procesů tváření. Dále jsou v práci uvedeny všechny konstitutivní vztahy pro popis elasto-plastického modelu materiálu s tvárným porušením. Následuje teorie přenosu tepla, jsou popsány všechny způsoby jeho realizace s jejich matematickými formulacemi včetně metod řešení. Klíčovou je kapitola popisující postup tvorby výpočtového modelu v softwaru Abaqus od tvorby geometrie až po okrajové podmínky. Následuje analýza dosažených výsledků a práce je zakončena výhledem na možné pokračování v tomto tématu.
|
|
|
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.
|
|
|
A simulation of closed die forging using finite element method
Nytra, Michal ; Šebek, František (referee) ; Kubík, Petr (advisor)
Tato diplomová práce se zabývá výpočtovým modelováním zápustkového kování, které patří do metod objemového tváření zatepla. Cílem je změnit běžnou praxi tvorby výpočtových modelů ve specializovaných softwarech na bázi metody konečných prvků (MKP) a sestavit výpočtový model v MKP softwaru Abaqus. Pro výpočet jsou zde použity deformační varianta MKP a explicitní algoritmus. Řešenou součástí je ozubené kolo automobilové převodovky. V rámci práce je vytvořena rešerše z oblasti objemového tváření včetně specializovaných programů pro simulace procesů tváření. Dále jsou v práci uvedeny všechny konstitutivní vztahy pro popis elasto-plastického modelu materiálu s tvárným porušením. Následuje teorie přenosu tepla, jsou popsány všechny způsoby jeho realizace s jejich matematickými formulacemi včetně metod řešení. Klíčovou je kapitola popisující postup tvorby výpočtového modelu v softwaru Abaqus od tvorby geometrie až po okrajové podmínky. Následuje analýza dosažených výsledků a práce je zakončena výhledem na možné pokračování v tomto tématu.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Implementation, calibration and application of ductile fracture models in the FEM
Kubík, Petr ; 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.
|
|
|
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.
|
guest ::
