Численно-экспериментальные методы определения параметров обобщенных моделей поврежденной вязкопластичной среды при прогнозировании долговечности
Автор: Туманов А.В., Косов Д.А., Федоренков Д.И.
Статья в выпуске: 5, 2024 года.
Бесплатный доступ
В данном исследовании моделирование процессов упругопластического деформирования и разрушения происходит на основе объединения реологических моделей состояния физически нелинейной среды на мезоуровне с моделями фазовых полей разрушения. Компиляция моделей реологии среды и моделей фазовых полей разрушения позволяет описать деградацию прочностных характеристик материала и достижение им критических состояний. В отличие от классических подходов механики поврежденной среды Работнова - Качанова, модели фазовых полей позволяют прогнозировать долговечность не только на стадии инициализации макродефекта, но и на стадии роста трещины. В рамках физической нелинейности среды рассматривается комбинированное изотропное и кинематическое упрочнение с вязким откликом материала. Изотропное упрочнение описывается аппроксимирующим уравнением Voce, кинематическое моделью Chaboche. Вязкий отклик материала описывается степенной зависимостью Нортона. Учет локальной многоосности напряженно-деформированного состояния и его влияния на предельные характеристики сопротивления разрушению происходит на основе моделей, предложенных Bao - Wierzbicki. Использование описанного подхода позволяет существенно упростить применимость методов к оценке остаточной долговечности реальных элементов конструкций с точки зрения численной реализации при удовлетворительной точности прогнозирования. Предлагаемая комплексная методология ставит одной из целей разработку таких методов, которые бы позволяли определять параметры отдельных моделей, входящих в итоговую систему уравнений без привязки к определенному сочетанию конституционных уравнений. Рассматриваемые в работе методы определения параметров будут оставаться справедливы также и при изменении набора конституционных уравнений. Особый акцент в работе поставлен на ограничения применения рассматриваемых модельных представлений для оценки долговечности реальных элементов конструкций.
Комбинированное упрочнение, фазовые поля разрушения, пользовательский материал, пользовательский элемент, прогнозирование долговечности, инициализация дефекта, рост трещины
Короткий адрес: https://sciup.org/146283052
IDR: 146283052 | DOI: 10.15593/perm.mech/2024.5.10
Список литературы Численно-экспериментальные методы определения параметров обобщенных моделей поврежденной вязкопластичной среды при прогнозировании долговечности
- Kurmoiartseva, K. Modeling of Polycrystalline Materials Deformation with Dislocation Structure Evolution and Transition to Fracture / Kurmoiartseva K., Kotelnikova N., Trusov P. – 2020. – Р. 80–94.
- Belova, O.N. Modelling the crack propagation and analysis of the inclined crack path in the pipe with the extended finite element method and molecular dynamics method / O.N. Belova, L.V. Stepanova // Probl. Strength Plast. – 2023. – Vol. 84, no. 4. – P. 491–499.
- A new model for thermal-mechanical coupled of gradient temperature rolling force based on geometrical unified yield criterion / L.Z. Che [et al.] // J. Manuf. Process. – 2023. – Vol. 101. – P. 904–915.
- Direct application of elasto-visco-plastic self-consistent crystal plasticity model to U-draw bending and springback of dualphase high strength steel / B. Jeon [et al.] // Int. J. Plast. – 2024. – Vol. 181. – P. 104098.
- del Pozo, D. Formulation and numerical solution of nonsmooth elasto-visco-plasticity models / D. del Pozo, I. Romero // Comput. Methods Appl. Mech. Eng. – 2017. – Vol. 324. – P. 457–475.
- Bondar, V.S. Variant of thermoviscoplasticity theory / V.S. Bondar, V.V. Danshin, A.A. Kondratenko // PNRPU Mech. Bull. – 2016. – Vol. 2016, no. 1. – P. 39–56.
- Bondar, V.S. Applied theory of inelasticity / V.S. Bondar, D.R. Abashev // PNRPU Mech. Bull. – 2018. – Vol. 2018, no. 4. – P. 145–160.
- Волков, И.А. Прикладная теория пластичности / И.А. Волков, Ф.М. Митенков, Л.А. Игумнов. – М.: Физматлит, 2015. – 284 с.
- Chaboche, J.L. A review of some plasticity and viscoplasticity constitutive theories / J.L. Chaboche // Int. J. Plast. – 2008. – Vol. 24, no. 10. – P. 1642–1693.
- Metais, B. Development of a viscoplastic-damage model for creep-fatigue FE-calculations of the lead-free SnAgCu solder alloy for automotive applications / B. Metais. – Stuttgart, 2019. – 187 p.
- Phase-field modeling of fracture / J.-Y. Wu [et al.] // Advances in Applied Mechanics. Elsevier. – 2020. – Vol. 53. – P. 1–183.
- Golahmar, A. A phase field model for high-cycle fatigue: Total-life analysis / A. Golahmar, C.F.Niordson, E. Martínez-Pañeda // Int. J. Fatigue. – 2023. – Vol. 170. – P. 107558.
- Phase-field modelling for fatigue crack growth under laser shock peening-induced residual stresses / M. Seiler [et al.] // Arch. Appl. Mech. – 2021. – Vol. 91, no. 8. – P. 3709–3723.
- Calibration of phase-field brittle fatigue model by purposeful design of crack driving forces / K. Jukić [et al.] // Eng. Fract. Mech. – 2023. – Vol. 289. – P. 109341.
- Phase-field modeling of crack growth under coupled creep-fatigue / F. Xue [et al.] // Int. J. Fatigue. – 2024. – Vol. 189. – P. 108577.
- Eftekhari, M. Creep-fatigue interaction and thermomechanical fatigue behaviors of thermoplastics and their composites / M. Eftekhari, A. Fatemi // Int. J. Fatigue. Elsevier. – 2016. – Vol. 91. – P. 136–148.
- Chaboche, J.L. On some modifications of kinematic hardening to improve the description of ratchetting effects / J.L. Chaboche // Int. J. Plast. Pergamon. – 1991. – Vol. 7, no. 7. – P. 661–678.
- Dafalias, Y.F. Multiplicative AF kinematic hardening in plasticity / Y.F. Dafalias, K.I. Kourousis, G.J. Saridis // Int. J. Solids Struct. Pergamon. – 2008. – Vol. 45, no. 10. – P. 2861–2880.
- Frederick, C.O. A mathematical representation of the multiaxial Bauschinger effect / C.O. Frederick, P.J. Armstrong // Mater. High Temp. – 2007. – Vol. 24, no. 1. – P. 1–26.
- Писаренко, Г.С. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии / Г.С. Писаренко, А.А. Лебедев. – Киев: Наукова думка, 1976. – 415 с.
- Bai, Y. A new model of metal plasticity and fracture with pressure and Lode dependence / Y. Bai, T. Wierzbicki // Int. J. Plast. Pergamon. – 2008. – Vol. 24, no. 6. – P. 1071–1096.
- Stress Triaxiality and Lode Angle Parameter Characterization of Flat Metal Specimen with Inclined Notch / J. Peng [et al.] // Metals (Basel). – 2021. – Vol. 11, no. 1627. – P. 1–14.
- Danas, K. Influence of the Lode parameter and the stress triaxiality on the failure of elasto-plastic porous materials / K. Danas, P. Ponte Castañeda // Int. J. Solids Struct. Pergamon. – 2012. – Vol. 49, no. 11–12. – P. 1325–1342.
- Xue, L. Constitutive modeling of void shearing effect in ductile fracture of porous materials / L. Xue // Eng. Fract. Mech. 2008. – Vol. 75, no. 11. – P. 3343–3366.
- Cao, T.S. Numerical simulation of 3D ductile cracks formation using recent improved Lode-dependent plasticity and damage models combined with remeshing / T.S. Cao // Int. J. Solids Struct. – 2014. – Vol. 51, no. 13. – P. 2370–2381.
- Miehe, C. A phase field model for rate-independent crack propagation: Robust algorithmic implementation based on operator splits / C. Miehe, M. Hofacker, F. Welschinger // Comput. Methods Appl. Mech. Eng. North-Holland. – 2010. – Vol. 199, no. 45–48. – P. 2765–2778.
- Martínez-Pañeda, E. A phase field formulation for hydrogen assisted cracking / E. Martínez-Pañeda, A. Golahmar, C.F. Niordson // Comput. Methods Appl. Mech. Eng. North- Holland. – 2018. – Vol. 342. – P. 742–761.
- Simoes, M. Phase field modelling of fracture and fatigue in Shape Memory Alloys / M. Simoes, E. Martínez-Pañeda // Comput. Methods Appl. Mech. Eng. North-Holland. – 2021. – Vol. 373. – P. 113504.
- Tumanov, A.V. Github profile [Электронный ресурс] / A.V.Tumanov. – URL: https://github.com/Andrey-Fog (дата обращения: 01.03.2024).
- Bondar, V.S. Inelastic behavior and destruction of materials under isothermal and non-isothermal, simple and complex loads / V.S. Bondar, D.R. Abashev // PNRPU Mech. Bull. – 2020. – No. 4. – P. 107–119.
