Multiscale approach to structure damage modelling

• Autorzy: Paćko P. , Uhl T.

Warianty tytułu

PL

Wieloskalowe podejście do modelowania uszkodzeń konstrukcji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper deals with the problem of modelling of different types of damages in metallic and composite structures. The modelling of damage and fracture plays an important role in design and implementation of Structural Health Monitoring systems, particularly it is very important in prognosis of the rest of safe life of structures. The authors overview and analyse the existing methods and available tools of damage and fracture modelling. The application of selected models for structure damage and fracture modelling in macro and micro scale simulations is the main subject of this paper. Two groups of models are considered; the first group consists of models capable of predicting brittle fracture, second – models used for ductile damage evaluation. In the latter group, macro and multiscale models are presented. Finally, the multiscale damage model based on a representative volume element is presented. The grain structure modelling and its FE implementation are discussed in conjunction with application of ductile damage criterion for grain structures. Several numerical examples are presented.

PL

Modelowanie uszkodzeń i pęknięć konstrukcji odgrywa bardzo istotną rolę w projektowaniu i implementacji systemów monitorowania stanu konstrukcji (SHM) oraz jest szczególnie istotne dla prognozy czasu bezawaryjnej pracy obiektów. Autorzy prezentują przegląd i analizę dostępnych metod i narzędzi pozwalających na modelowanie uszkodzeń konstrukcji metalicznych i kompozytowych. Głównym tematem pracy jest zastosowanie wybranych modeli uszkodzeń konstrukcji do symulacji uszkodzeń w skalach mikro oraz makro. Przeanalizowane zostały dwie grupy modeli; modele pozwalające na symulację zjawiska pękania kruchego oraz modele wykorzystywane do analizy uszkodzeń plastycznych. W drugiej grupie rozpatrzono modele w skali makro oraz modele wieloskalowe. W pracy zaprezentowano wieloskalowy model bazujący na elemencie objętościowym (RVE). Omówione zostało modelowanie struktur ziarnistych oraz implementacja z wykorzystaniem metody elementów skończonych w połączeniu z zastosowaniem kryteriów pękania plastycznego dla struktur ziarnistych. W pracy zaprezentowane zostały wyniki symulacji numerycznych oraz ich weryfikacja eksperymentalna.

Słowa kluczowe

EN

multiscale damage modelling; delamination modelling; ductile damage modelling and experimental validation

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 49 nr 1
• Strony: 243--264
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys.

Twórcy

autor

Paćko P.

autor

Uhl T.

• University of Science and Technology, Kraków, Poland,

Bibliografia

• 1. Adams D.E., 2007, Health Monitoring of Structural Materials and Components: Methods with Applications, Wiley, Chichester
• 2. Aymerich F., Dore F., Priolo P., 2008, Prediction of impact-induced delamination in cross-plycomposite laminates using cohesive interface element, Composites Science and Technology, 68, 2383-2390
• 3. Boller C., Chang F.-K., Fujino Y., 2009, Encyclopaedia of Structural Health Monitoring; Vol 1-15, Wiley, Chichester
• 4. Burczyński T., 1995, The Boundary Element Method in Mechanics, WNT, Warszawa.
• 5. Burczyński T., Kuś W., Mrozek A., 2007, Evolutionary methods in multiscale modelling, Proc. 23rd IFIP TC7 Conference on System Modelling and Optimization, Krakow, 30-31
• 6. Cockcroft M.G., Latham D.J., 1968, Ductility and the workability of metals, Journal of the Institute of Metals, 96, 33-39
• 7. Du Q., Faber V., Gunzburger M., 1999, Centroidal Voronoi tessellations: applications and algorithms, SIAM Review, 41, 637-676
• 8. Gandin C.A., Rappaz M., 1996, 3D cellular automaton algorithm for the prediction of dendritic grain growth, Acta Metallurgica 45, 2187-2195
• 9. Gurson A.L., 1997, Continuum theory of ductile rupture by void nucleation and growth. Part I. Yield criteria and flow rules for porous ductile media, ASME J. Eng. Mater. Technol., 99, 2-15
• 10. Inman D., Farrar C.R., 2008, Damage Prognosis for Aerospace, Civil and Mechanical Systems, Wiley, Chichester
• 11. Just H., Behrens A., 2004, Investigations on the use of damage indicating criteria in FE simulations of cold and semi hot bulk forging operations, Proceedings of IMECE, 255, 453-462
• 12. Kokot G., Kuś W., 2007, Global optimization of shell structures with small features by using multiscale approach, Proc. 23rd IFIP TC 7 Conference on System Modelling and Optimization, Cracow, ISBN 978-83-88309-0
• 13. Krajcinovic D., 1996, Damage Mechanics, North-Holland, Amsterdam, ISBN 0-444-82349-2
• 14. Lemaitre J., 1996, A Course on Damage Mechanics, 2nd Ed., Springer Verlag, Berlin
• 15. Lemaitre J., Chaboche J.-L., 1990, Mechanics of Solid Materials, Cambridge University Press
• 16. Leski A., 2007, Implementation of the virtual crack closure technique in engineering FE calculations, Finite Elements in Analysis and Design, 43, 261-268
• 17. Madej Ł., Mrozek A., Kuś W., Burczyński T., Pietrzyk M., 2008, Concurrent and upscaling methods in multi scale modelling – case studies, Computer Methods in Materials Science, 8, 1-10
• 18. Milenin A., Kustra P., 2008, The multiscale FEMsimulation of wire fracture phenomena during drawing of Mg Alloy, Metal Forming 2008, 1, 717-722
• 19. MSC.Marc Mentat 2008 Volume A: Theory and User Information. U.S.A., 2008, MSC.Software Corporation
• 20. Needleman A., Tvergaard V., 1984, An analysis of ductile rupture in notched bars, J. Mech. Phys. Solids, 32, 461-490
• 21. Oyane M. et al., 1980, Criteria for Ductile Fracture and their Applications, J. of Mech. Working Technology, 4
• 22. Rice J.R., 1968, A path independent integral and the approximate analysis of strain concentration by notches and cracks, Journal of Applied Mechanics, 35, 379-386
• 23. Śleboda T., 2005-2008, Applicaton of plastic forming and heat treatment for applicability improvement of FeAl alloys for cold forming. Supervisor: Tomasz Śleboda, PhD. Grant report MNiI Nr 3T08B026 28 [in Polish]
• 24. Ural A., Krishnan V.R., Papoulia K.D., 2009, A cohesive zone model for fatigue crack growth allowing for crack retardation, International Journal of Solids and Structures, 46, 2453-2462
• 25. Wnuk M.P., 1981, Fracture Mechanics, Ed. 2., AGH, Krakow, ISsN 0239-6114 0239-6114 [in Polish]
• 26. Xie D., Biggers S.B., 2006, Progressive crack growth analysis using interface element based on the virtual crack closure technique, Finite Elements in Analysis and Design, 42, 977-984
• 27. Xie D., Biggers S.B. Jr., 2007, Calculation of transient strain energy release rates under impact loading based on the virtual crack closure technique, International Journal of Impact Engineering, 34, 1047-1060