Application of viscoplastic-damage models to quasi-static ice failure under compression

• Autorzy: Choi H. -Y. , Lee C. -S. , Yoo B. - M. , Lee J. -M.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie lepkoplastycznych modeli zniszczenia do opisu quasi-statycznego pękania lodu w warunkach ściskania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the present paper, the material behavior characteristics of fresh ice, such as material failure as well as constitutive behavior, have been evaluated based on the viscoplastic-damage mechanism. Ice is considered as one of the most complex materials in naturę since it has various amounts and sizes of grain boundaries. The material behavior also significantly differs between the quasi-static and dynamic strain rates, namely, it has ductile and brittle material characteristics, respectively. In particular, the ice behavior under quasi-static strain rate is more complicated than under dynamic strain rate due to its ductile behavior, strain softening phenomenon, etc. Therefore, in the present paper, the unified viscoplastic model has been adopted to describe this phenomenon of ice under quasi-static strain rate. The material failure phenomenon of ice under compressive loading has been evaluated to avoid the fraction growth damage mechanism. The rate-dependent viscoplastic-damage model has been implicitly formulated and implemented to the ABAQUS user defined sub-routine to simulate the ice failure quantitatively. In order to validate the proposed analysis method, the simulation results of ice failure have been compared to a series of compression tests of ice.

PL

W pracy dokonano oceny zachowania się świeżego lodu w aspekcie jego pękania oraz parametrów konstytutywnych. Zastosowano lepkoplastyczny model zniszczenia. Lód jest uważany za jeden z bardziej skomplikowanych materiałów w naturze, ponieważ ma on różną liczbę i długość granic ziaren. Zachowanie się tego materiału różni się znacząco pomiędzy quasi-statycznymi i dynamicznymi prędkościami odkształcenia, to znaczy lód ma w tych stanach odpowiednio plastyczną i kruchą charakterystykę. Zachowanie się lodu w warunkach quasi-statycznych jest znacznie bardziej skomplikowane niż przy obciążeniach dynamicznych, co jest spowodowane wystę-powaniem kruchości a także mięknięciem pod wpływem odkształcenia. W niniejszej pracy przystosowano lepkoplastyczny model do opisu zjawisk zachodzących w lodzie w warunkach quasi-statycznych. Oceniono zjawisko zniszczenia lodu pod wpływem obciążeń ściskających tak aby uniknąć wywołania mechanizmu wzrostu pęknięcia. Zależny od prędkości lepkoplastyczny model pękania został sformułowany i zaimplementowany w programie ABAQUS jako procedura użytkownika. Pozwoliło to na ilościowe przewidywanie pękania lodu. W celu weryfikacji zaproponowanej metody wyniki symulacji pękania lodu porównano z wynikami prób ściskania.

Słowa kluczowe

EN

ice; unified viscoplastic-damage model; continuum damage mechanics; finite element analysis; failure; polar engineering

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 11, No. 1
• Strony: 108--114
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Choi H. -Y.

autor

Lee C. -S.

autor

Yoo B. - M.

autor

Lee J. -M.

• Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Pusan National University, Busan 609-735, Republic of Korea,

Bibliografia

• Anderson, H., 2003, An Implicit Formulation of the Bonder-Partom Constitutive Equations, Comp. Struc, 81, 1405-1414.
• Bhat, S.U., Xirouchakis, P.C., 1985, Rigid-Plastic Analysis of Floating Plates, J. Eng. Mech. ,111,815-831.
• Bodner, S.R., 2002, Unified Plasticity for Engineering Applications, Kluwer Academic & Plenum Publishers, New York.
• Gurson, A.L., 1977, Continuum Theory of Ductile Rupture by Void Nucleation and Growth, J. Eng. Mat. Tech., 99, 2-15.-
• Jeong, H.Y., Pan, J., 1995, A Macroscopic Constitutive Law for Porous Solid with Pressure Sensitive Matrices and Its Implications to Plastic Flow Localization, Int. J. Sol.Struc, 32, 1385-1403.
• Kachanov, L.M., 1958, On the Time to Failure Under Creep Conditions, IZV Akademie Naukovi SSSR O.T.N. Tekhika Naukovi, 8, 26-31.
• Karr, D.G., Choi, K., 1989, A Three-dimensional Constitutive Damage Model for Polycrystalline Ice, Mech. Mat., 8, 55-66.
• Mishnacvsky, L. Jr., 2007, Computational Mesomechanics of Composites, John Wiley & Sons, Inc., Chichester.
• Tvergaard, V., 1981, Influence of Voids on Shear Band Instabilities under Plane Strain Conditions, Int. J. Frac, 17, 389-407.
• Zairi, F., Abdelaziz, M.N., Woznica, K., Gloaguen, J.M., 2005, Constitutive Equations for the Viscoplastic-Damage Behavior of a Rubber-Modified Polymer, Euro. J. Mech. A.,24, 169-182.
• Zairi, F., Abdelaziz, M.N., Woznica, K., Gloaguen, J.M., 2007, Elasto-viscoplastic Constitutive Equations for the Description of Glassy Polymers Behavior at Constant Strain Rate,/. Eng. Mat. Tech., 129, 29-35.