Advanced

Plasticity Driven Damage and Void Growth

Olsson, Mattias LU (2004)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Ämnet hållfasthetslära behandlar metoder och principer för att kunna bestämma deformationer och spänningar i en fast kropp som utsätts för belastning. Avhandlingen behandlar skademekanik, vilket rör hur skador (porer, håligheter, mikrosprickor och dylikt) påverkar materialets egenskaper och hur skadorna påverkas av belastning. Vidare förutsätter skademekaniken att materialet med skador kan betraktas som kontinuerligt, det vill säga håligheterna betraktas inte som diskreta. Modellen av ett material med skada homogeniseras genom att skadevariabler införs på sådant sätt att materialet kan betraktas som ett kontinuum.



Analytiska studier och numeriska simuleringar av ett... (More)
Popular Abstract in Swedish

Ämnet hållfasthetslära behandlar metoder och principer för att kunna bestämma deformationer och spänningar i en fast kropp som utsätts för belastning. Avhandlingen behandlar skademekanik, vilket rör hur skador (porer, håligheter, mikrosprickor och dylikt) påverkar materialets egenskaper och hur skadorna påverkas av belastning. Vidare förutsätter skademekaniken att materialet med skador kan betraktas som kontinuerligt, det vill säga håligheterna betraktas inte som diskreta. Modellen av ett material med skada homogeniseras genom att skadevariabler införs på sådant sätt att materialet kan betraktas som ett kontinuum.



Analytiska studier och numeriska simuleringar av ett töjningsstyrt dragprov har genomförts för en materialmodell för elasto-plasticitet kopplat med isotropisk skada. Bland slutsatserna kan nämnas att det visades att kinematiska och isotropiska hårdnandeparametrar skall skalas för att ta hänsyn till skadan, på samma sätt som det görs för spänningen. Vissa brister i de etablerade materialmodellerna för elasto-plasticitet och skada påvisades. Ett av postulaten, som används i litteraturen för att integrera skada i en viss materialmodell, visades ge otillfredsställande resultat. Det visades även att oberoende av vilket postulat som utnyttjas kommer de inte att förutse att den elastiska töjningen försvinner vid brott.



Ett förslag till att åtgärda de brister som påvisats i de inledande studierna presenteras. Baserat på fysikaliska argument görs en mindre modifiering av ett av postulaten för att integrera skada i en materialmodell. Det visas både analytiskt och genom ett numeriskt exempel att denna modifiering ger lovande resultat. I motsats till de etablerade postulaten förutsäger den föreslagna modellen att den elastiska töjningen försvinner vid brott.



En flytfunktion för att beskriva det plastiska beteendet för ett duktilt poröst material har tagits fram baserat på en mikromekanisk cellmodell. Genom att anta att materialet kan betraktas som uppbyggt av identiska celler, där materialegenskaperna för cellen är kända, kan man dra slutsatser om det verkliga materialet. Cellmodellen som behandlas i avhandlingen baseras på celler med en cylindrisk eller sfärisk por. Numeriska simuleringar har genomförts för en materialmodell där den framtagna flytfunktionen har utnyttjats. I materialmodellen har skadan introducerats på ett naturligt sätt för plasticitetsstyrd skadeutveckling. Både de elastiska och de plastiska parametrarna tillåts bero på skadan (porositeten). Materialmodellen visar lovande resultat.



De två möjligheterna att modellera anisotrop skada diskuteras principiellt: Antingen är materialegenskapernas beroende av skadan känt eller kan härledas analytiskt, eller postuleras den effekt som skadan får på materialegenskaperna. (Less)
Abstract
Plasticity induced damage evolution is considered using a thermodynamical approach. Different postulates on how to include the effects of damage in the constitutive equations have been studied. The results reveal that a mapping, similar to that of the stress, of both the kinematic and isotropic hardening variables is to be preferred. The undesired property that, irrespectively of the postulate employed, the elastic strain will not equal zero as failure takes place, is addressed and a simple modification of the postulate of strain equivalence that does not lead to this property is proposed. From the results it is also concluded that the postulate of (complementary) energy equivalence have some undesirable properties.



A... (More)
Plasticity induced damage evolution is considered using a thermodynamical approach. Different postulates on how to include the effects of damage in the constitutive equations have been studied. The results reveal that a mapping, similar to that of the stress, of both the kinematic and isotropic hardening variables is to be preferred. The undesired property that, irrespectively of the postulate employed, the elastic strain will not equal zero as failure takes place, is addressed and a simple modification of the postulate of strain equivalence that does not lead to this property is proposed. From the results it is also concluded that the postulate of (complementary) energy equivalence have some undesirable properties.



A yield criterion for ductile porous materials is proposed based on the lower-bound solution for a cylindrical void model. Comparing the criterion with the Gurson yield criterion and cell model calculations for an axisymmetric cylinder with a spherical void shows good agreement. A constitutive model for porous materials is formulated using the proposed yield function. The corresponding thermodynamic formulation facilitates a natural modeling of damage, in which both the growth and the shrinkage of voids are allowed in the thermodynamic process. Both the elastic and the plastic properties in the model are dependent on the void-volume fraction. The model was found to fit naturally into the thermodynamical framework. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Professor Ståhle, Per, Malmö University
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Termisk teknik, termodynamik, Maskinteknik, hydraulik, vakuumteknik, vibrationer, akustik, Thermal engineering, applied thermodynamics, vibration and acoustic engineering, vacuum technology, hydraulics, void growth, Mechanical engineering, damage evolution, elasto-plasticity, thermodynamics
pages
286 pages
publisher
Solid Mechanics, Lund University, P O Box 118, SE-221 00 Lund, Sweden,
defense location
Room M:B, M-building, Ole Römers väg 1, Lund Institute of Technology
defense date
2004-03-26 10:15
external identifiers
  • Other:ISRN:LUTFD2/(TFHF-1028)/1-144/2004
ISBN
91-628-5995-1
language
English
LU publication?
yes
id
67cb4e97-1d4e-4c2b-9241-8681afd77bbf (old id 466804)
date added to LUP
2007-09-10 13:48:36
date last changed
2016-09-19 08:45:03
@misc{67cb4e97-1d4e-4c2b-9241-8681afd77bbf,
  abstract     = {Plasticity induced damage evolution is considered using a thermodynamical approach. Different postulates on how to include the effects of damage in the constitutive equations have been studied. The results reveal that a mapping, similar to that of the stress, of both the kinematic and isotropic hardening variables is to be preferred. The undesired property that, irrespectively of the postulate employed, the elastic strain will not equal zero as failure takes place, is addressed and a simple modification of the postulate of strain equivalence that does not lead to this property is proposed. From the results it is also concluded that the postulate of (complementary) energy equivalence have some undesirable properties.<br/><br>
<br/><br>
A yield criterion for ductile porous materials is proposed based on the lower-bound solution for a cylindrical void model. Comparing the criterion with the Gurson yield criterion and cell model calculations for an axisymmetric cylinder with a spherical void shows good agreement. A constitutive model for porous materials is formulated using the proposed yield function. The corresponding thermodynamic formulation facilitates a natural modeling of damage, in which both the growth and the shrinkage of voids are allowed in the thermodynamic process. Both the elastic and the plastic properties in the model are dependent on the void-volume fraction. The model was found to fit naturally into the thermodynamical framework.},
  author       = {Olsson, Mattias},
  isbn         = {91-628-5995-1},
  keyword      = {Termisk teknik,termodynamik,Maskinteknik,hydraulik,vakuumteknik,vibrationer,akustik,Thermal engineering,applied thermodynamics,vibration and acoustic engineering,vacuum technology,hydraulics,void growth,Mechanical engineering,damage evolution,elasto-plasticity,thermodynamics},
  language     = {eng},
  pages        = {286},
  publisher    = {ARRAY(0xadc4a08)},
  title        = {Plasticity Driven Damage and Void Growth},
  year         = {2004},
}