Computational approach for predicting the crack propagation of stainless steel plate using damage mechanics

• Autorzy: Yoo B. -M. , Lee C. -S. , Chun M. -S. , Kim M. -H. , Lee J. -M.

Warianty tytułu

PL

Numeryczna metoda przewidywania propagacji pęknięć w blachach grubych ze stali nierdzewnej w oparciu o mechanikę pękania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this study is development of numerical method for the prediction for crack propagation of stainless steel plate under cryogenic temperature. Stainless steel is one of the most functional materials at relatively wide temperature ranges. It has strong non-linearities on the mechanical properties under cryogenic temperature such as discontinuous hardening phenomenon induced by the phase transformation, among others. The nonlinear hardening affects significant change of material characteristics, i.e., strength, deformation and fracture phenomenon. This induces some difficulties on the precise evaluation of structural capacity of stainless steel based structures. In the present paper, the crack propagation characteristics of the stainless steel plate under cryogenic temperature have been simulated using a new numerical technique based on a newly proposed damage-coupled constitutive model and orient-purpose user subroutine applicable to commercial FEA code ABAQUS. The numerical results are compared with the experimental results of tensile test and crack propagation tests under cryogenic temperature.

PL

Celem pracy jest opracowanie numerycznej metody przewidywania propagacji pęknięć w blachach grubych ze stali nierdzewnej w temperaturach kriogenicznych. Stal nierdzewna jest jednym z najbardziej funkcjonalnych materiałów w szerokim zakresie temperatur. Charakteryzuje się mocną nieliniowością własności mechanicznych w temperaturach kriogenicznych, między innymi nieciągłym umocnieniem wywołanym przemianą fazową. Nieliniowe umocnienie wpływa znacząco na takie charakterystyki materiału jak wytrzymałość, odksztacalność i pękanie. Zjawisko to powoduje trudności w oszacowaniu możliwości konstrukcyjnych zastosowań stali nierdzewnych. W artykule przeprowadzono symulacje charakterystyk propagacji pęknięć w blachach grubych ze stali nierdzewnych w temperaturach kriogenicznych. Zastosowano w tym celu nową numeryczną technikę opartą o model konstytutywne sprzężony z pękaniem, wprowadzany jako procedura użytkownika do programu ABAQUS. Wyniki symulacji numerycznych porównano z doświadczalnymi próbami rozciągania w temperaturach kriogenicznych.

Słowa kluczowe

EN

stainless steel plate; crack propagation; damage coupled constitutive model; continuum damage mechanics; finite element analysis; cryogenic temperature

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 11, No. 2
• Strony: 303--308
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Yoo B. -M.

autor

Lee C. -S.

autor

Chun M. -S.

autor

Kim M. -H.

autor

Lee J. -M.

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

Bibliografia

• ABAQUS User's Manual Version 6.9., 2009.
• Andersson, H., 2002, An implicit formulation of the Bodner-
• Partom constitutive equations, Computers & Structures,
• 81, 1405-1414.
• Bodner, S.R., 2002, Unified plasticity for engineering applications, Kluwer Academic/Plenum Publishers.
• Bodner, S.R., Chan, K.S., 1986, Modeling of continuum damage for application in elastic-viscoplastic constitutive equa¬tions, Engng. Fract. Mech., 25, 705-712.
• Hayhurst, D.R., 1972, Creep rupture under multi-axial state of stress, J. Mech. Phys. Solids., 20, 381-390.
• Hayhurst, D. R., Leckie, F. A., 1977, Constitutive equation for creep damage. Acta Metallurgica, 25, 1059-1070.
• McHugh, P. E., Connolly, P. J., 2003, Micromechanical model¬ing of ductile crack growth in the binder phase of WCCo, Comput. Mater. Sci, 27, 423-436.
• Mishnaevsky Jr., L., 2005, Numerical experiments in the me-somechanics of materials, Habilitation Thesis, TU Darmstadt.
• Ohio, 1976, Source book on stainless steels, American Society for Metals, Metals Park.
• Park, W.S., Yoo, S.W., Kim, M.H., Lee, J.M., 2010, Strain rate effects on the mechanical behavior of the AISI 300 se¬ries of austenitic stainless steel under cryogenic environments, Materials and Design, 31, 3630-3640.
• Yoo, S.W., 2010, Development of temperature and strain-rate dependent damage model of trip steels for low temperature applications, Master Degree Theses, Pusan National University, Pusan.
• Yoshimura, H., Shimizu, T., 1982, Tensile and impact properties of 25mn-5cr-lni austenitic steel at liquid helium temperature, Iron Steel Institute Japan, 22, 577-585.
• Tomita, Y., Iwamoto, T., 2001, Computational prediction of deformation behavior of TRIP steels under cyclic loading, International Journal of Mechanical Sciences, 43, 2017-2034.