The numerical modeling of failure of S235JR steel using Gurson-Tvergaard-Needleman material model

• Autorzy: Kossakowski P.

Warianty tytułu

PL

Numeryczne modelowanie zniszczenia stali S235JR z zastosowaniem modelu materiału Gursona-Tvergaarda-Needlemana

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The paper presents assumptions of the Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) model for a porous materials, which is now one of the basic damage material models applied in the analysis of the load-bearing capacity of metal engineering structures. The practical information about the selection of GTN material parameters and performing numerical calculations is given. An example of the numerical simulation of the failure of tensile element made of S235JR steel is presented. The calculation procedure, the determined GTN microstructure parameters and the obtained results are described. The simulations included the strength analysis and the study of the micro-defects growth occurring during the plasticity process is presented. As a result the critical volume void fraction was determined which can be used as a microvoid criterion corresponding to the expected S235JR steel failure.

PL

W artykule przedstawiono założenia modelu materiału porowatego Gursona-Tvergaarda-Needlemana (GTN) będącego obecnie jednym z podstawowych modeli zniszczenia stosowanych w analizach nośności metalowych konstrukcji inży-nierskich. Podano praktyczne informacje na temat doboru parame-trów materiałowych GTN oraz prowadzenia obliczeń numerycz-nych w odniesieniu do stali konstrukcyjnych stosowanych w bu-downictwie i mostownictwie. Przedstawiono przykład numerycz-nej symulacji zniszczenia elementu rozciąganego wykonanego ze stali S235JR, przeprowadzonej w oparciu o model GTN. Opisano procedurę obliczeniową, wyznaczone parametry mikrostruktury GTN oraz uzyskane wyniki. Zakres symulacji obejmował analizę wytrzymałościową dokonaną w powiązaniu z badaniami wzrostu mikrouszkodzeń zachodzącego w trakcie procesu uplastycznia-nia materiału. W efekcie przeprowadzonych badań wyznaczono krytyczny udział objętościowy pustek, który może stanowić kryte-rium mikrostrukturalne odpowiadające przewidywanemu momen-towi zniszczenia stali S235JR.

Słowa kluczowe

EN

bridges; failure; Gurson-Tvergaard-Needleman material model; GTN; S235JR steel

PL

GTN; model materiału Gursona-Tvergaarda-Needlemana; most; stal S235JR; zniszczenie

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 11, no. 4
• Strony: 295--310
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz.

Twórcy

autor

Kossakowski P.

• Wydział Budownictwa i Architektury na Politechnice Świętokrzyskiej,

Bibliografia

• [1] Cotrell A.H.: Własności mechaniczne materii, PWN, Warszawa, 1970
• [2] Gurson A.L.; Continuum theory of ductile rupture by void nucleation and growth. Part I - Yield criteria and flow rules for porous ductile media. Journal of Engi-neering Materials and Technology, Transactions of the ASME, 99,1,1977,2-15
• [3] Tvergaard V.: Influence of voids on shear band m stabilities under plane strain conditions. International Journal of Fracture, 17,4,1981, 389 - 407
• [4] Tvergaard V., Needleman A.\ Analysis of the cup-cone fracture in a round tensile bar. Acta Metallurgica, 32, l, 1984,157- 169
• [5] PN-EN 1993-1-1:2006 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych - Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków
• [6] PN-EN 1993-2:2010 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych - Część 2: Mosty stalowe
• [7] PN-EN 1993-1-10:2007 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych - Część 1-10: Dobór stali ze względu na odporność na kruche pękanie i ciągliwość międzywarstwową
• [8] Sediacek G., Feldmann M, Kuhn B., Tschickardt D., Hohler S., Miiller C., Hensen W., Stranghóner N., Dahl W., Langenberg P.,Munstermann S., Brazetti J., Raoul J,, Pope R., Bijlaard F.: Commentary and worked examples to EN 1993-1-10 "Materiał toughness and through thick-ness properties" and other toughness oriented rules in EN 1993. JRC Scientific and Technical Reports, European Commission Joint Research Centre, Luxemburg, 2008
• [9] Kossakowski P,G.: Ań anałysis of the load-carrying ca-pacity of elements subjected to complex stress states with a focus on the microstructural failure. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 10, 2, 2010,15 - 39
• [10] Kossakowski P.G., Trąmpczyński W.: Numeryczna symulacja zniszczenia stali S235JR z uwzględnieniem l wpływu uszkodzeń mikrostrukturalnych. Przegląd Mechaniczny, 70, 4, 2011,15 - 22
• [11] Kossakowski P.G.: Simulation of ductile fracture of S235JR steel using computational cells with micro-1 structurally-based length scales. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 50, 2, 2012, 589 - 607
• [12] Tvergaard V.: Materiał failure by void growth to coale-l scence. Advances in Applied Mechanics, 27, New Yorki 1990,83-151
• [13]Nahshon K., Hutchinson J. W.: Modificatkm of tkj Gurson Model for shear failure. European Journal of] Mechanics - A/Solids, 27, l, 2008, l - 17
• [14] Faleskog J., Gao X.,$hih C.F.: Cell model for nonlinear fracture anałysis -I. Micromechanics calibration. International Journal of Fracture, 89,4,1998, 355 - 373
• [15] Richelsen A.B., Tvergaard V:. Dilatant plasticity wl upper bouud estimates for porous ductile solids. Acta Metallurgica et Materialia, 42, 8, 1994, 2561 - 2571 l
• [16]Zhang Z.L., Thaulow C, Odegdrd J.: A Complelsl Gurson model approach for ductile fracture. Engineering Fracture Mechanics, 67, 2, 2000, 155 -168 l
• [17] Xia L., Shih C.F.: Ductile crack growth -1. A numerical study using computational cells with microstructurally based length scales. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 43, 2, 1995, 233 - 259
• [18] PN-EN 10002-1:2004 Metale - Próba rozciągania! Część l: Metoda badania w temperaturze otoczenia l
• [19] Określenie struktury materiałów (pobranych z kostrukcji), analiza porównawcza z parametrami sta wzorcowej, Raport z badań w ramach projektu nr Rw 007 01, Politechnika Warszawska, Warszawa, 2008 l
• [20] Abaqus 6.10 Analysis User's Manual, Dassault Systemes Simulia Corporation, Providence, 2010