Identyfikatory
Warianty tytułu
Simulations of aluminum Alloy Sheet Tearing with numerical Implementation of Fracture Criterion
Języki publikacji
Abstrakty
Jednym z ważniejszych problemów związanych z eksploatacją starzejących się statków powietrznych jest możliwość powstania rozległego uszkodzenia zmęczeniowego (ang. Widespread Fatigue Damage). Podczas eksploatacji statku powietrznego, nawet w przypadku obecności pęknięć, konstrukcja musi być w stanie przenieść działające na nią obciążenia. Maksymalne obciążenie, jakie jest w stanie przenieść uszkodzona konstrukcja, nazywamy wytrzymałością resztkową. Do obliczeń wytrzymałości resztkowej konstrukcji lotniczych powszechnie używa się MES. Propagację pęknięć w cienkich blachach duralowych dobrze opisuje się, stosując Crack Tip Opening Angle jako kryterium pękania. W niniejszej pracy przedstawiono algorytm implementacji kryterium CTOA w obliczeniach MES. Praktyczną implementację wykonano w postaci procedury użytkownika dołączanej do komercyjnego programu MSC.Marc. W pracy zamieszczono dwa przykłady obliczeń. Pierwszy przykład miał za zadanie weryfikację metody na podstawie publikowanych wyników doświadczalnych i numerycznych. Drugi przykład ilustruje pracę algorytmu w bardziej złożonym przypadku jednoczesnej propagacji wielu pęknięć.
Widespread Fatigue Damage is one of the most important concerns of aging aircraft structures. During service life, the structure has to sustain any load effected it even if the structure is cracked. The maximum of the load capacity which can be sustained by the particular damaged structure is called its residual strength. The suitable tool for analysis of damaged structures is numerical simulation by means of FE technique. Crack propagation in aircraft skin can be modelled using crack tip opening angle (CTOA) as a crack criterion. In this paper, the algorithm of implementation of CTOA in finite element calculation is discussed. The implementation was developed as a user subroutine added to commercial code MSC. Marc. Two examples are included in the paper. The first one is to verify the algorithm and the user subroutine using published results of an experimental work and FE calculations. The latter one is more complex with four crack tips propagated simultaneously.
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
335--349
Opis fizyczny
Bibliogr. 19 poz., tab., wykr.
Twórcy
autor
- Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych, 01-494 Warszawa, ul. Księcia Bolesława 6
Bibliografia
- [1] A. Abubaker, J. Bakuckas, Development of Multiple-Site Damage in Fuselage Structure, Report DOT/FAA/AR-05/38 Sept. 2005.
- [2] B. L. Anderson, Ch. Hsu, P. J. Carr, J. G. Lo, J. Yu, C. N. Duong, Evaluation and Verification of Advanced Methods to Assess Multiple-Site Damage of Aircraft Structure, Report DOT/FAA/AR-04/42, I October 2004.
- [3] A. Adey, J. M. W. Baynham, S. Mellings, T. Curtin, Fatigue Life and Crack Growth Prediction Using FEM Data, www.beasy.com.
- [4] T. L. Anderson, Fracture Mechanics: Fundamentals and Applications, second edition, CRC Press, London, 1995.
- [5] Ch. S. Chen, P. A. Wawrzynek, A. R. Ingraffea, Crack Growth Simulation and Residual Strength Prediction in Airplane Fuselages, Report NASA/CR-1999-209115, Cornell University, Ithaca, New York, USA, 1999.
- [6] Ch. S. Chen, P. A. Wawrzynek, A. R. Ingraffea, Methodology for Fatigue Crack Growth and Residual Strength Prediction with Applications to Aircraft Fuselages, Computational Mechanics, 1997, 527-532.
- [7] D. S. Dawicke, J. C. Newman, C. A. Bieglow, Tree-Dimensional CTOA and constraint Effects During Stable Tearing in a Thin-Sheet Material, Fracture Mechanics, vol. 26, edited by Reuter et al., American Society of Testing and materials, Philadelphia, 1995, 223-242.
- [8] D. S. Dawicke, J. C. Newman, Evaluation of Various Fracture Parameters for Predictions of Residual Strength in Sheets with Multi-Site Damage, First joint DoD/FAA/NASA Conference on Aging Aircraft, Ogden, Utah, July 1997.
- [9] D. S. Dawicke, M. A. Sutton, J. C. Newman, C. A. Bieglow, Measurement and Analysis of Critical CTOA for an Aluminum Alloy Sheet, in Fracture Mechanics: vol. 25, ASTM STP 1220, Philadelphia, 358-379, 1995.
- [10] D. S. Dawicke, J. C. Newman, Jr., Residual Strength Predictions for Multiple-Site Damage Cracking using a CTOA Criterion, Fatigue and Fracture Mechanics: vol. 29, ASTM STP 1332, T. L. Panontin, S. D. Sheppard, eds., 1998.
- [11] A. Leski, Implementation of the virtual crack closure technique in engineering FE calculations, Finite Elements in Analysis and Design, 43, 2007, 261-268.
- [12] MSC.Marc vol. D: User Subroutines and Special Routines, ver. 2001. Software documentation, April, 2001.
- [13] J. C. Newman, B. C. Booth, K. N. Shivakumar, An Elastic-Plastic Finite-Element Analysis of the J-Resistance Curve using a CTOD Criterion, Fracture Mechanics: vol. 18, ASTM STP 945, D. T. Read and R. P. Reed, eds., 1988, 665-685.
- [14] A. Neves, S. M. Niku, J. M. W. Baynham, R. A. Adey, Automatic 3D crack growth using BEASY, Proceedings of 19th Boundary Element Method Conference, Computational Mechanics Publications, Southampton, 1997, 819-827.
- [15] S. Mellings, J. Baynham, R. A. Adey, Predicting Residual Strength Using Fully Automatic Crack Growth, www.beasy.com.
- [16] J. H. Starnes, C. A. Rose, Stable Tearing and Buckling Response of Unstiffened Aluminum Shells with Long Cracks, Second Joint DoD/FAA/NASA Conference on Aging Aircraft, Williamburg, VA, August-September 1998.
- [17] M. A. Sutton, X. Deng, J. Zuo, E. Mahgoub, Recent Progress in 3-D Modeling of Stable Tearing Crack Growth, 6th Joint FAA/DoD/NASA Aging Aircraft Conference, Sept. 16-19, 2002.
- [18] P. A. Wawrzynek, A. R. Ingraffea, FRANC3D & STAGS. Thin Shell, Tutorial Version 2.6, 2003.
- [19] www.openchanelfundation.org.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BWA9-0042-0024