28651

استفاده از روش ميدان فازي براي پيش‌بيني شكست قطعات ترك‌دار تحت بارگذاري داخل صفحه‌اي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1400

1402/6/7

دكتر مجيدرضا آيت‌اللهي

مهندسي مكانيك

در اين پايان‌نامه، به بررسي شكست قطعات ترك‌دار و همچنين شياردار نرم و ترد تحت بارگذاري داخل صفحه‌اي پرداخته شده است. براي بررسي شكست اين قطعات از نرم‌افزار اجزامحدود آباكوس كمك گرفته شده است و همچنين با استفاده از سابروتين‌ UMAT نيز معادلات ميدان فازي وارد اين نرم‌افزار تجاري اجزامحدود شده است. جهت بررسي شكست قطعات گفته شده ابتدا تاثير معادلات متفاوت مطرح در روش ميدان فازي مورد بررسي قرار گرفت و بار شكست قطعات ترك‌دار ترد در حالت مختلف بدست آمد. سپس با استفاده از نتايج بدست آمده از مدل‌سازي قطعات ترك‌دار ترد قطعات شياردار ترد نيز مورد بررسي قرار گرفت. در اين بررسي‌ها تاثير انواع مختلف هندسه‌ي شيارها مورد بررسي قرار گرفتند و همچنين اين قطعات تحت حالت مختلف بارگذاري مود يك، مود تركيبي و مود دو قرار گرفتند. در اين بخش نشان داده شده است كه خطاي بار شكست حاصل از مدل‌سازي به نسبت نتايج آزمايشگاهي به مقدار قابل قبولي مي‌باشد كه اين امر بيانگر توانايي روش ميدان فازي براي پيش‌بيني بار شكست قطعات ترك‌دار و شياردار مي‌باشد. در انتهاي اين پژوهش نيز به مدل‌سازي قطعات نرم ترك‌دار و شياردار پرداخته شد. براي رسيدن به اين هدف ابتدا با استفاده از مفاهيمي مانند ماده معادل، ماده‌ي معادل اصلاح شده و ماده‌ي فرضي ماده‌اي نرم با يك ماده‌ي ترد معادل‌سازي شد و سپس با استفاده از روش ميدان فازي شكست اين قطعات مورد بررسي قرار گرفت. در اين بخش نيز نتايج حاصل بيانگر اين موضوع بودند كه با تركيب روش ميدان فازي با مفاهيمي كه يك ماده‌ي نرم را با يك ماده‌ي ترد معادل‌سازي مي‌كنند، به خوبي مي‌توان بار شكست قطعات نرم را نيز در حضور ترك و شيار پيش‌بيني نمود. در فصل آخر اين پژوهش نيز نتيجه‌گيري‌ها حاصل از اين تحقيق در ارتباط با مدل‌سازي قطعات ترد در حضور ترك و شيار و همچنين مدل‌سازي قطعات نرم ترك‌دار و شياردار ارائه گرديده است. همچنين پيشنهادهايي در ارتباط با پژوهش‌هاي آتي نيز ذكر شده است.

1402/06/15

The use of Phase-field method for fracture prediction of cracked components under in-plane loading

8/28/2024 12:00:00 AM

In this study, the brittle and ductile failure of cracked and notched components under in-plane loading has been investigated. To this aim, the phase-field equations have been implemented in Abaqus by making use of UMAT subroutine. In order to investigate the fracture of the mentioned parts, first the effect of different traditional phase-field equations has been studied, and the fracture load of brittle, cracked parts was obtained in different in-plane loading conditions. Furthermore, using the results obtained from the modeling of brittle cracked parts, brittle notched parts were also investigated. In these investigations, the effect of different types of geometry of the notches were investigated and also these parts were subjected to different modes of loading, including mode I, mixed mode I/II and also mode II. In this section, it has been shown that the error of the failure load resulting from the simulations is acceptable compared to the experimental results, which indicates the ability of the phase-field method to predict the fracture load of cracked and notched parts. At the end of this research, modeling of cracked and notched ductile parts was also done. To achieve this goal, a ductile material was equated with a brittle material using concepts such as Equivalent material concept, Modified equivalent material concept and Fictious material concept then the fracture of these parts was investigated using the phase-field method. In this section, the results showed that by combining the phase-field method with concepts that equate a ductile material with a brittle material, it is possible to predict the failure load of ductile parts in the presence of cracks and notches. In the last chapter of this study, the conclusions of this research are presented in relation to the modeling of brittle parts in the presence of cracks and notches, as well as the modeling of ductile parts with cracks and notches. Suggestions for future research are also mentioned.

سابروتين UMAT , ميدان فازي , بارگذاري مود يك , بارگذاري مود تركيبي , بارگذاري مود دو , قطعات ترد , قطعات نرم

UMAT subroutine , phase-field , mode I , mixed mode I/II loading , mode II loading , brittle parts , ductile parts

Hossein Ahamdian Kelahroudy

Dr. Majid Reza Ayatollahi