جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "شکست نرم" در نشریات گروه "مکانیک"
تکرار جستجوی کلیدواژه «شکست نرم» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»-
اثر اندازه در مقیاس میکرو به علت وجود تعداد دانه های محدود در ناحیه تغییر شکل اتفاق می افتد و رفتار مکانیکی ماده را تحت تاثیر قرار می دهد. براین اساس، توصیف رفتار ماده در مقیاس میکرو نیازمند روابط و تئوری های جدیدی است. در این مقاله، رفتار شکست ورق نازک فولاد زنگ نرن سری 304 با انجام آزمون کشش تک محوری بر روی نمونه های با ضخامت و اندازه دانه متفاوت در مقیاس میکرو مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان داد که کرنش شکست نمونه های مختلف در مقیاس میکرو با کم شدن ضخامت یا زیادشدن اندازه دانه ورق، کاهش می یابد. به منظور درنظرگرفتن اثر هم زمان ضخامت و اندازه دانه ورق، پارامتر نسبت ابعادی به صورت نسبت ضخامت به اندازه دانه میانگین ورق تعریف شد. براین اساس، معیار شکست نرم پدیدارشناختی آیادا با درنظرگرفتن اثر اندازه در مقیاس میکرو اصلاح گردید. پیش بینی مکان هندسی شکست با استفاده از معیار اصلاح شده تطابق خوبی با کرنش شکست نمونه های مختلف در مقیاس میکرو دارد و این معیار می تواند با بیشینه خطای 4.4 درصد مقدار کرنش شکست نمونه های مختلف را پیش بینی نماید. بر اساس نتایج به دست آمده، دریافت شد که می توان از معیار شکست پیشنهادی برای پیش بینی شکست در فرایندهای مقیاس میکرو استفاده نمود.
کلید واژگان: شکست نرم, معیار آیادا, ورق فولاد زنگ نزن, مقیاس میکروThe size effect in microscale occurs due to the presence of a limited number of grains in deformation area and affects the mechanical behavior of the material. Based on this, describing the material behavior in the micro scale requires new relations and theories. In this article, the fracture behavior of 304 stainless steel thin sheet was tested by performing a uniaxial tensile test on the specimens with different thicknesses and grain sizes in the micro scale. The results showed that the fracture strain of different specimens in the micro scale decreases with decreasing thickness or increasing the grain size of the sheet. In order to consider the interactive effect of sheet thickness and grain size, the aspect ratio parameter was defined as the ratio of thickness to the average grain size of the sheet. Based on this, Ayada phenomenological ductile fracture criterion was modified by considering the size effect in the micro scale. Predicting the fracture locus using the modified criterion is in accordance with the fracture strain of different specimens in the micro scale, and this criterion can predict the fracture strain of different specimens with a maximum error of 4.4%. Based on the obtained results, it was found that the proposed fracture criterion can be used to predict fracture in the micro scale processes.
Keywords: Ductile Fracture, Ayada Criterion, Stainless Steel Sheet, Micro Scale -
در این پژوهش، پدیده شکست نرم در فرایندهای شکل دهی غلتکی یک مرحله ای مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا، رفتار شکست آلیاژ آلومینیوم 6061-T6 به کمک معیار شکست نرم پدیدارشناختی (موهر-کلمب اصلاح شده)، به کار گرفته شد. در ادامه، کالیبراسیون معیار شکست نرم به کمک روش ترکیبی تجربی-شبیه سازی انجام پذیرفت. مدل سازی فرایند شکل دهی غلتکی به کمک تحلیل اجزای محدود انجام شد و معیار شکست توسط زیربرنامه مناسب به شبیه سازی اجزای محدود اعمال گردید. مطابق با نتایج، معیار مور-کلمب با درصد خطای 47/4 قابلیت پیش بینی شروع شکست در فرایند شکل دهی غلتکی یک مرحله ای را دارا می باشد. با توجه به اثر پذیری دقت نتایج توزیع آسیب از حالت تنش در طول فرایند، اثر پارامترهای فرایند شامل ضخامت، زاویه خم و شعاع گوشه بر پارامتر سه محوری تنش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بیانگر این موضوع می باشد که پارامترهای مذکور تاثیر قابل توجهی بر مقدار پارامتر سه محوری تنش نداشته و مقدار میانگین آن در تمامی حالات در محدوده 57/0 قرار دارد. لذا، نتایج پیش بینی شکست توسط این معیار، قابل تعمیم به سایر حالات در فرایند شکل دهی غلتکی می باشد. بر این اساس، اثر پارامترهای فرایند بر توزیع آسیب و شکست حین فرایند شکل دهی غلتکی بررسی شد. مطابق با نتایج، افزایش ضخامت ورق و زاویه خم موجب افزایش اسیب و همچنین، افزایش شعاع خم موجب کاهش سطح آسیب و با تاخیر افتادن وقوع شکست در فرایند می گردد.
کلید واژگان: شکل دهی غلتکی, شکست نرم, حالت تنش, مکانیک تغییر شکلIn this study, the phenomenon of ductile fracture in single-stage roll forming processes was investigated. In this regard, the fracture behavior of the 6061-T6 aluminum alloy was examined using the Modified Mohr-Coulomb fracture criterion. Subsequently, the calibration of the fracture criterion was carried out using a combined experimental-simulation approach. The roll forming process was modeled using finite element analysis, and the fracture criterion was implemented within the appropriate subroutine of the finite element simulation. According to the results, the Modified Mohr-Coulomb criterion with a 4.47% error capability could predict the onset of fracture in the single-stage roll forming process. Considering the sensitivity of the damage distribution accuracy to the stress state during the process, the effects of process parameters including thickness, bending angle, and corner radius on the triaxial stress parameter were investigated. The results indicate that these parameters do not have a significant impact on the triaxial stress parameter, and its average value remains within the range of 0.057 throughout all cases. Therefore, the fracture prediction results obtained with this criterion can be extended to other roll forming scenarios. Based on this, the influence of process parameters on damage and fracture during the roll forming process was examined. According to the results, an increase in sheet thickness and bending angle leads to an increase in damage, while an increase in the corner radius results in a reduction in damage area and a delayed occurrence of fracture during the process
Keywords: Roll Forming, Ductile Fracture, Stress State, Deformation Mechanics -
نظریه مکانیک آسیب محیط های پیوسته با رویکردی پدیدارشناختی در پیش بینی پدیده ی شکست مواد به کارگرفته می شود. از آ ن جایی که هر ماده رفتار مخصوص به خود را دارد، یافتن نحوه رفتار آسیب فلزات پرکاربرد اهمیت ویژه ای دارد. در این تحقیق دو مدل آسیب گنجیانی و بونورا، برای تحلیل رفتار الاستوپلاستیک آسیب چند فلز از طریق نوشتن زیربرنامه VUMAT در نرم افزار آباکوس، انجام شبیه سازی و مقایسه با داده های تجربی موجود در منابع، استفاده شده است. جزییات انتگرال گیری صریح و الگوریتم حل ارایه شده است. همچنین، به دلیل اینکه کرنش ها در محدوده تغییر شکل های بزرگ بوده اند، از روابط مربوط به تغییر شکل های بزرگ استفاده شده است. در یافتن ثوابت مدل ها از نمودارهای تنش-کرنش، آسیب-کرنش و کرنش شکست-تنش سه محوری استفاده شده است. پس از انجام شبیه سازی به کمک نمودار نیرو-جابه جایی که تطابق خوبی با نمودار تجربی برای هر فلز داشته اند، صحت عملکرد تایید شده است. در حالت کلی ثوابت طی یک فرایند آزمون و خطا طوری مشخص گردیدند که برازش منحنی بهینه انجام گرفته باشد. فلزات مورد بررسی فولاد 1045، آلومینیوم 351T-2024 و فولاد 130HY بودند. برای دو فلز اول آزمون کشش ساده و برای فولاد 130HY آزمون خمش سه نقطه ای شبیه سازی شده است و نمودار نیرو-جابه جایی حاصل با نمودار تجربی نظیر مقایسه شده است.
کلید واژگان: مکانیک آسیب, تنش سه محوری, کرنش شکست, رفتار الاستوپلاستیک, شکست نرمThe theory of continuum damage mechanics with a phenomenological approach is used in predicting the phenomenon of material failure, and since each material has its own behavior, it is especially important to find out the damage behavior of common used metals. In this study, the constants of two damage models, Ganjiani and Bonora, for analyzing the elastoplastic damage behavior of several metals by writing VUMAT subroutine in Abaqus software, simulation and comparison with experimental data in literature, were determined and the ability and efficiency of models in the analysis of metals damage behavior was ensured. In finding the constants of the models, stress-strain, damage-strain and failures train-stress triaxiality diagrams were used and after the simulation, with the help of force-displacement diagram, which had a good agreement with the experimental diagram for each metal, the accuracy of the performance was confirmed. In general, the constants during a trial and error process were determined to be the optimal fit. The studied metals were steel 1045, aluminum 2024-T351and HY130 steel. For the first two metals, only simple tension test is simulated, and for HY130 steel a more general test, three point bending test, is simulated and the obtained force-displacement diagram was compared with the experimental diagram. Also, because the strains were in the range of large strains, the relationships related to large strains have been used.
Keywords: Continuum Damage Mechanics, Stress Triaxiality, Fracture Strain, Elastoplastic Behavior -
بررسی تجربی و شبیه سازی عددی شکست نرم در نمونه های کششی با به کارگیری مدل آسیب میکرومکانیکی جی تی ان
مطالعه حاضر به بررسی تجربی و عددی نمونه های کششی برای مطالعه و شناسایی مکانیزم شکست نرم تحت حالت های مختلف تنش می پردازد. مدل جی تی ان که یک مدل آسیب میکرومکانیکی است، برای شبیه سازی های عددی استفاده شده است. پارامترهای مرتبط با این مدل برای فولاد اس تی 12 با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) با حداقل اختلاف بین نتایج عددی و تجربی آزمون کشش بر روی نمونه استاندارد تعیین شدند. پارامترهای مربوط به حفره در مدل جی تی ان به ترتیب 0/00107، 0/00716، 0/01 و 0/15 برای ff, fc, fN, f0, تعیین شدند. پس از کالیبراسیون مدل آسیب برای ماده مورد مطالعه، آزمون های کشش بر روی نمونه های کششی با هندسه های مختلف انجام شدند. بررسی شکست نگاری برای فهم مکانیزم شکست نرم تحت طیف گسترده ای از حالت های تنش انجام و دو مکانیزم شکست شناسایی شد. مدل آسیب کالیبره شده، برای شبیه سازی المان محدود نمونه های کششی به منظور مطالعه عددی مکانیزم های شکست مشاهده شده در آزمون های تجربی استفاده شد. نتایج عددی استخراج شده مطابقت خوبی با مشاهدات تجربی داشت، به طوری که نمودار نیرو- جابه جایی حاشیه خطا حدود 5% را نشان می دهد. محل شروع شکست، جهت رشد ترک و مقدار جابه جایی در نقطه شکست در مطالعات عددی نیز نشان دهنده مطابقت نزدیک با آزمایشات تجربی بود.
کلید واژگان: شکست نرم, مدل جی تی ان, جوانه زنی, رشد و به هم پیوستن حفره ها, حالت تنشThe present study is devoted to experimental and numerical investigation of in-situ tensile tests to recognize the mechanisms of ductile fracture under different stress states. The GTN model, which is a micromechanical based damage model, has used for numerical simulations. The parameters related to this model for St12 steel were identified by response surface method (RSM) through minimizing the difference between numerical and experimental results of the tensile test on a standard specimen. The void related parameters of GTN model were determined 0.00107, 0.00716, 0.01, and 0.15 for ff, fc, fN, f0, respectively. After calibrating the damage model for the studied material, the tensile tests were carried out on the in-situ specimens with different geometries. The fractographic analysis was performed to identify the ductile fracture under a wide range of stress states and two failure mechanisms were observed. The calibrated damage model was applied to FE simulations of in-situ tensile specimens for numerical study of the experimentally observed fracture phenomenon. The extracted numerical results showed a good agreement with experimental observations comparing load-displacement plots with a margin of error within 5%. The location of fracture initiation, crack growth orientation, and the displacement at fracture zone in numerical studies also showed close correspondence with experiments.
Keywords: Ductile Fracture, GTN Model, Void Nucleation, Growth, Coalescence, Stress State -
در این مقاله با ترکیب مدل رفتار پلاستیک و روش میدان فاز مدلی جهت شبیه سازی شکست مواد شکل پذیر پیشنهاد شده است. مدل پلاستیسیته دراکر-پراگر که هم برای فلزات و هم برای پلیمرها، فوم ها، خاک، بتن و دیگر مواد وابسته به فشار قابل استفاده است، با روش میدان فاز ترکیب شده است. به عبارت دیگر مدل توانایی در نظر گرفتن اثرات فشار در فرآیند تسلیم و شکست مواد شکل پذیر را دارد. چگونگی استخراج معادلات حاکم از کمینه سازی انرژی کل، پیاده سازی اجزای محدود مدل، گسسته سازی و دیگر جزئیات حل تشریح شده است. الگوریتم های انتگرال گیری ارائه شده و چگونگی ترکیب رفتار ماده با متغیر میدان فاز جهت در نظر گرفتن اثرات ترک شرح داده شده است. جهت کنترل فرآیند شکست، متغیری جهت کنترل نیروی محرکه میدان فاز، معرفی شده است. در انتها با کمک شبیه سازی عددی، چگونگی تقریب ترک به روش میدان فاز بررسی شده و محدوده ثابت طول برای تقریب دقیق ترک به دست آمده است. نمونه هایی با هندسه و بارگذاری مختلفی انتخاب شده که صحت و دقت مدل و الگوریتم انتگرال گیری پیشنهادی با مقایسه با مقایسه آن ها با اطلاعات تجربی موجود تایید شده است. در نهایت توانایی مدل در پیش بینی مسیر ترک در مدهای مختلف شکست با استفاده از نمونه آرکان نشان داده شده است.کلید واژگان: شکست نرم, روش ميدان فاز, اجزاي محدود, دراکر, پراگر, الگوريتم انتگرال گيريIn this paper, a coupled plasticity-phase field model for ductile fracture is proposed. The Drucker-Prager plasticity model, which have been applied to metals, concrete, polymers, foams, and other pressure-dependent materials, is coupled with the phase field method. The governing equations are determined by a minimization principle that results in balance laws for the coupled displacement-fracture phase field problem. Furthermore, the finite element implementation, discretization and integration algorithms for the proposed model are presented for three-dimensional, plane strain and plane stress states. In addition, to control the influence of the plastic work and its effect on the crack propagation process, a threshold variable is introduced. Using a numerical example, it is demonstrated that a specific length scale and a certain minimum element size is necessary such that the regularized crack surface converges to the sharp crack. The accuracy of the proposed model and integration algorithm is verified by comparing the obtained results with existing experimental data. In addition, the Arcan sample, by means of a special test setup, allows to load a sample at different direction, and thus performing mixed mode fracture investigation using the model.
-
منحنی حد شکل دهی، نموداری است که مقادیر کرنش های اصلی بزرگتر 1 را درمقابل مقادیر کرنش های اصلی کوچکتر 2 در لحظه وقوع گلویی موضعی ترسیم می نماید. تعیین تجربی منحنی حد شکل دهی معمولا فرآیند بسیار وقت گیر و پر هزینه ای است و نیاز به تجهیزات خاص دارد. از این رو، مدل های تحلیلی و عددی زیادی برای تعیین آن توسعه یافته اند. مدل گارسون- تورگارد- نیدلمن (GTN) یک مدل میکرومکانیکی برای پیش بینی و تشریح رفتار شکست نرم می باشد. این مدل رفتار رشد و تکامل حفره در ریز ساختار را توسط معادلات فیزیکی تشریح می نماید. در این پژوهش روابط و معادلات ساختاری حاکم بر تغییر شکل پلاستیک با استفاده از تابع پتانسیل پلاستیک گارسون و معیار رشد و تکامل حفره GTN جهت پیش بینی پارگی و شکست ورق های فلزی استخراج شده است. این روابط به صورت تحلیلی مورد حل قرار گرفتند. منحنی های حد شکل دهی مربوط به آلیاژهای مورد مطالعه سایر پژوهشگران به صورت تحلیلی با بکارگیری نرم افزار متلب پیش بینی و تعیین گردید. نتایج حاصل از روش تحلیلی با نتایج تجربی و عددی سایر پژوهشگران مقایسه گردیده و مطابقت خوبی را با یکدیگر نشان دادند. در ادامه اثر پارامترهای مدل GTN شامل مقادیر 〖، f〗_0 〖،f〗_C 〖،f〗_N،f_f و همچنین ضریب ناهمسانگردی و نمای کرنش سختی بر روی منحنی حد شکل دهی و روند رشد کسر حجمی حفره به روش تحلیلی مورد بحث و بررسی قرار گرفت.
کلید واژگان: منحنی حد شکل دهی, مدل GTN, شکست نرم, روش تحلیلی, فرآیند شکل دهی ورق فلزیA Forming Limit Diagram (FLD) is a graph which depicts the major strains versus values of the minor strains at the onset of localized necking. Experimental determination of a FLD is usually very time consuming and requires special equipment. Many analytical and numerical models have been developed to overcome these difficulties. The Gurson- Tvergaard- Needlemann (GTN) damage model is a micromechanical model for ductile fracture. This model describes the damage evolution in the microstructure with physical equations، so that crack initiation due to mechanical loading can be predicted. In this work by using the GTN damage model، a failure criterion based on void evolution was examined. The aim is to derive constitutive equations from Gurson''s plastic potential function in order to predict the plastic deformation and failure of sheet metals. These equations have been solved by analytical approach. The Forming Limit Diagrams of some alloys which studied in the literatures have been predicted using MATLAB software. The results of analytical approach have been compared with experimental and numerical results of some other researchers and showed good agreement. The effects of GTN model parameters including 〖 f〗_0 〖،f〗_C 〖،f〗_N،f_f، as well as anisotropy coefficient and strain hardening exponent on the FLD and the growth procedure of void volume fraction have been investigated analytically.Keywords: Forming limit curve, GTN model, ductile fracture, analytical approach, sheet metal forming -
ارزیابی چقرمگی شکست به عنوان مقاومت ماده در برابر شروع ترک ترد در درز جوش لوله های فولادی انتقال گاز برای مهندسین و طراحان خط به دلیل شرایط بحرانی منطقه جوش بسیار حائز اهمیت است. از سوی دیگر آزمون های تعیین چقرمگی ماده بر اساس مبانی و اصول مکانیک شکست، دشوار، زمان بر و پرهزینه می باشند. هم چنین انجام این آزمون ها بعضا بدلیل محدودیت در اندازه (خصوصا ضخامت ماده) غیر ممکن است. در تحقیق حاضر که برای نخستین بار در داخل کشور صورت گرفته است، آزمون خمش سه نقطه ای بر اساس آزمون چند نمونه ای مطابق استاندارد ASTM (با طراحی خاص نمونه و قید و بند آزمایشگاهی) انجام می شود. هدف تحقیق تعیین چقرمگی شکست درز جوش مارپیچ لوله API X65 (به عنوان یکی از پرکاربردترین انواع لوله های فولادی انتقال گاز طبیعی در ایران) می باشد. روش های تجربی استفاده شده در تحقیق حاضر شامل دو روش تعیین چقرمگی مواد نرم است. یک روش بر اساس محاسبه گشودگی بحرانی نوک ترک (CTOD) و روش دیگر محاسبه JIC است. بر اساس روش اول مقدار CTOD برآورد شده 23/0 میلی متر و مقدار KIC معادل آن MPa√m 265 اندازه گیری شد. همچنین طبق روش دوم JIC برابر kJ/m2 396 و KIC معادل آن MPa√m 332 محاسبه گردید. به منظور تکمیل موضوع تحقیق، بحث و بررسی در خصوص دلایل تفاوت مقادیر KIC از دو روش و مقایسه نتایج با داده های محدود در مقالات مشابه ارائه می شود.
کلید واژگان: لوله فولادی انتقال گاز طبیعی, درز جوش مارپیچ, چقرمگی شکست, آزمون خمش سه نقطه ای, شکست نرمAssessment of fracture toughness in pipe weldment is important for pipeline engineers and designers as welded zone is the most critical site for crack initiation and propagation. This research reports the determination of fracture toughness in spiral seam weld of API X65 pipe steel. This steel pipe has vast usage in Iran’s gas transportation projects. To measure the material fracture toughness، single edge notch bend (SENB) specimens were machined from the pipe. For evaluating the fracture toughness in test material، two techniques were used (based on multi-specimen tests in ASTM E 1820 standard). These techniques were based on determination of crack tip opening displacement (CTOD)، and JIC. A value of 0. 23 mm was obtained for CTOD، and its equivalent KIC was 265 MPa√m from the first method. The second test method gave a value of 396 KJ/m2 for JIC، whose equivalent KIC was 332 MPa√m. A discussion on the reasons for KIC difference from the two test techniques، and comparison between the obtained results and similar data from the literature conclude the paper.
Keywords: Gas transportation steel pipe, spirally welded steel, Fracture toughness, Three Point Bend Test, Ductile crack growth -
آسیب فلزات، فرآیند فیزیکی پیشرونده ای است که در نهایت منجر به شکست آن ها می گردد. در این تحقیق ابتدا، مدل کوپله الاستیک- پلاستیک- آسیب نرم لمتر به همراه تئوری تغییر شکل های بزرگ توسعه داده شده و به صورت یک زیر برنامه در کد ABAQUS/EXPLICIT پیاده سازی می گردد. سپس با انجام آزمایش های کشش استاندارد و ریز سختی سنجی ویکرز، خواص مکانیکی و آسیب برای فولاد 14St تعیین می شود. برای ارزیابی مدل آسیب و هم چنین خواص تعیین شده، فرآیندهای برش و برش دقیق توسط مدل در دو حالت تئوری تغییر شکل های بزرگ و کوچک شبیه سازی می گردند. مقایسه نتایج شبیه سازی های عددی و گزارش های تجربی نشان می دهد که مدل آسیب نرم لمتر به همراه تئوری تغییر شکل های بزرگ می تواند به دقت رشد آسیب، شروع، گسترش ترک و شکست نرم را در فرآیندهای شکل دهی فلز با تغییر شکل های بزرگ پیش بینی نماید.
کلید واژگان: مدل آسیب نرم لمتر, تئوری تغییر شکل های بزرگ, فرآیندهای برش و برش دقیق, شکست نرمAbstract- Damage of metals is a progressive physical process which finally leads to the failure of them. In this study, first, a coupled elastic- plastic- Lemaitre's ductile damage model combined with large deformations theory is developed and implemented as a subroutine into ABAQUS/EXPLICIT code. Then, by performing standard tensile and Vickers micro-hardness tests, mechanical and damage properties for St14 steel are determined. For validation of the damage model and also identified properties, cutting and fine cutting processes are simulated by the model in two cases of large and small deformation theories. Comparison of the numerical simulation results and experimental reports show that Lemaitre's ductile damage model combined with large deformation theory can accurately predict damage evolution, crack initiation, propagation, and ductile fracture in the metal forming processes with large deformations. Keywords: Lemaitre's Ductile Damage Model, Large Deformations Theory, Cutting and Fine Cutting Processes, Ductile Fracture.Keywords: Lemaitre's Ductile Damage Model, Large Deformations Theory, Cutting, Fine Cutting Processes, Ductile Fracture
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.