Modelling of creep-damage in thick plate subjected to thermo-mechanical loading cycles

• Autorzy: Ganczarski A. , Foryś P.

Warianty tytułu

PL

modelowanie uszkodzenia przy pełzaniu w grubych płytach poddanych cyklicznym obciążeniom termomechanicznym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper is an extension of the previous authors" papers dealing with the formulation of coupled thermo-creep-damage in 3D rotationally-symmetric structures in the case of combined reverse cyclic mechanical and thermal loads. The thermo-damage coupling is described by the modified Fourier heat flux equation, where the second-rank tensor of thermal conductivity with the damage tensor as an argument is defined. The crack clousure/opening effects is incorporated by new effective stress definitions for tension or compression in constitutive equations. It allows for description of incomplete damage deactivation on reverse loading cycles by a new diagonal crack-closure second-rank tensor. Damage evolution is governed by the mixed isotropic/anisotropic Murakami model, modified in order to eliminate non-uniqueness in description of damage growth in the case of rotational symmetry. The creep process coupled with damage is controlled by the Murakami-type equation adapted to reverse cyclic loads. The damage analysis in a 3D plate under thermo-mechanical loadings, which consists in a simultaneous non-homogeneous temperature distribution in the plate over the upper plate originated from the point heat source positioned over the upper plate surface, and the uniform reverse cyclic pressure, is presented as an example.

PL

Praca będąca rozwinięciem poprzednich artykułów autorów jest poświęcona sprzężeniu efektów termicznych oraz pełzania z uszkodzeniem występującym w trójwymiarowych konstrukcjach obrotowo-symetrycznych poddanych działaniu cyklicznie zmiennych złożonych obciążeń termomechanicznych. Sprzężenie efektów termicznych i uszkodzenia opisane jest zmodyfikowanym prawem Fouriera, w którym tensor przewodności termicznej jest uzależniony od tensora uszkodzenia. Efekt otwierania/zamykania mokroszczelin jest uwzględniony w równaniach konstytutywnych poprzez wprowadzenie oddzielnych definicji naprężenia efektywnego dla rozciągania i ściskania. Pozwala to uwzględnić niezupełną deaktywację uszkodzenia, opisaną diagonalnym tensorem zamknięcia mikroszczelin, towarzyszącą naprzemiennym cyklom obciążenia. Ewolucja uszkodzenia podlega mieszanemu izotropowo/anizotropowemu prawu typu Murakami, w którym wprowadzono modyfikację mającą na celu usunięcie niejednoznaczności rozwiązania, która jest związana z opisem wzrostu uszkodzenia w konstrukcjach o obrotowej symetrii. Sprzężenie procesów pełzania i uszkodzenia podlega równaniom typu Murakami przystosowanym do opisu obciążeń cyklicznych. Jako przykład zaprezentowano analizę uszkodzenia w trójwymiarowej płycie poddanej obciążeniom termomechanicznym polegającym na równoczesnym działaniu niejednorodnego pola temperatury pochodzącego od punktowego źródła ciepła usytuowanego ponad górną powierzchnią płyty oraz naprzemiennie zmiennego równomiernego ciśnienia.

Słowa kluczowe

EN

thermo-creep-damage coupling; 3D structure; thermomechanical loading cycles

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 42 nr 4
• Strony: 719--738
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ganczarski A.

• Institute of Applied Mechanics, Cracow University of Technology

autor

Foryś P.

• Institute of Applied Mechanics, Cracow University of Technology

Bibliografia

• 1. Chaboche J.-L., 1992, Damage induced anisotropy: On the difficulties associated with the active/passive unilateral condition, Int. J. Damage Mech., 1, 2, 148-171
• 2. Chaboche J.-L., 1993, Development of continuum damage mechanics for elastic solids sustaining anisotropic and unilateral damage, Int. J. Damage Mech., 2, 311-329
• 3. Chaboche J.-L., Lesne P.M., Moire J.F., 1995, Continuum damage mechanics, anisotropy and damage deactivation for brittle materials like concrete and ceramic composites, Int. J. Damage Mech., 4, 5-21
• 4. Foryś P., Ganczarski A., 2002, Modelling of microcrack closure effect, Proc. Int. Symp. ”Anisotropic Behaviour of Damaged Materials”, Kraków, (on CD)
• 5. Ganczarski A., 2001a, Acquired anisotropy accompanying coupled thermodamage fields in 3D structures, Proc. Thermal Stresses’01, 363-366
• 6. Ganczarski A., 2001b, Computer simulation of transient thermo-damage fields in 3D structures, Proc. ECCM-2001 (on CD ROM)
• 7. Ganczarski A., Skrzypek J., 2001, Application of the modified Murakami’s anisotropic creep-damage model to 3D rotationally-symmetric problem, Technische Mechanik, 21, 4, 251-260
• 8. Halm D., Dragon A., 1996, A model of anisotropic damage by mesocrack growth; unilateral effect, Int. J. Damage Mechanics, 5, 384-402
• 9. Halm D., Dragon A., 1998, An anisotropic model of damage and frictional sliding for brittle materials, Eur. J. Mech. A/Solids, 17, 3, 439-460
• 10. Hansen N.R., Schreyer H.L., 1995, Damage deactivation, J. Appl. Mech., 62, 450-458
• 11. Hayakawa K., Murakami S., 1997, Thermodynamical modeling of elasticplastic damage and experimental validation of damage potential, Int. J. Damage Mech., 6, 333-363
• 12. Ju J.W., 1989, On energy based coupled elastoplastic damage theories: constitutive modeling and computational aspects, Int. J. Solids and Structures, 25, 7, 803-833
• 13. Kaviany M., 1995, Principles of Heat Transfer in Porous Media, Springer
• 14. Krajcinovic D., 1996, Damage Mechanics, Elsevier, Amsterdam
• 15. Krajcinovic D., Fonseka G.U., 1981, The continuous damage theory of brittle materials, Part I and II, J. Appl. Mech., ASME, 18, 809-824
• 16. Ladeveze P., Lemaitre J., 1984, Damage effective stress in quasi-unilateral conditions, Proc. IUTAM Congr., Lyngby, Denmark
• 17. Litewka A., 1991, Creep Damage and Creep Rupture of Metals, Wyd. Polit. Poznańskiej, (in Polish)
• 18. Lubarda V.A., Krajcinovic D., Mastilovic S., 1994, Damage model for brittle elastic solids with unequal tensile and compressive strength, Eng. Fracture Mech., 49, 5, 681-697
• 19. Mazars J., 1986, A model of unilateral elastic damageable material and its application to concrete, In: Energy Toughness and Fracture Energy of Concrete, F.H. Wittmann (Ed.), Elsevier Sci. Publ., Amsterdam, The Netherlands, 61-71
• 20. Murakami S., Kamiya K., 1997, Constitutive and damage evolution equations of elastic-brittle materials based on irreversible thermodynamics, Int. J. Solids Struct., 39, 4, 473-486
• 21. Murakami S., Kawai M., Rong H., 1988, Finite element analysis of creep crack growth by a local approach, Int. J. Mech. Sci., 30, 7, 491-502
• 22. Press W.H., Teukolsky S.A., Vetterling W.T., Flannery B.P., 1993, Numerical Recipes in Fortran, Cambridge Press
• 23. Ramtani S., 1990, Contribution a´ la Modelisation du Comportement Multiaxial du Beton Endommag´e avec Description du Caractere Unilateral, PhD Thesis, Univ. Paris VI
• 24. Skrzypek J.J., Kuna-Ciskał H., 2003, Anisotropic elastic-brittle-damage and fracture models based on irreversible thermodynamic, In: Anisotropic Behaviour of Damaged Materials, J.J. Skrzypek and A. Ganczarski (Eds), SpringerVerlag, Berlin-Heidelberg, 143-184