Damage mechanics model for brittle failure of transversely isotropic solids : finite element implementation

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.author Kolari, Kari
dc.date.accessioned 2012-02-17T07:56:58Z
dc.date.available 2012-02-17T07:56:58Z
dc.date.issued 2007-04-20
dc.identifier.isbn 978-951-38-6996-0
dc.identifier.issn 1455-0849
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/2741
dc.description.abstract A new continuum damage model, the wing crack damage (WCD) model, was developed for the analysis of brittle failure of transversely isotropic solids. Special attention was paid to the analysis of axial splitting under compression and tensile cracking under tension. In addition to the WCD model a three-dimensional version of the damage model proposed by Murakami and Kamiya was enhanced and implemented in ABAQUS/Standard FE software. The proposed WCD model is based on the use of the damage vector. The vector represents both the normal direction of the surface of the plane crack and the size of the damaged area. Damaging induces anisotropy in an originally transversely isotropic material. The evolution equations for damage are motivated by the wing crack growth mechanism. The evolution is based on propagation of pre-existing damage. The proposed model enables modelling of pre-existing cracks. The feature can be exploited in studying the effect of orientation and size distribution of pre-existing cracks on the failure of materials. The model was implemented in ABAQUS/Standard FE software as a user subroutine. The unsymmetrical behaviour of cracked materials under tension and compression due to the opening and closure of cracks is taken into account in the proposed model. In the work it was shown that the widely used strain-based crack closure criteria cannot be reliably applied in a two- and three-dimensional stress state. To attain a deformation localisation zone of finite width, a damage rate-dependent damage surface was introduced. The validity of the proposed model was verified by testing it against five basic structures composed of known natural materials (ice, marble and concrete). The numerical simulations revealed the capability of the model in modelling brittle failure modes of transversely isotropic materials. en
dc.description.abstract Tutkimuksessa on esitetty kaksi vauriomekaniikkaan (Continuum damage mechanics) perustuvaa materiaalimallia: Murakami Kamiyan (MK) malli, sekä uusi "wing crak damage" -malli (WCD). Molemmat mallit on liitetty ABAQUS-elementtimenetelmäohjelmistoon UMAT-aliohjelmana. Esitetty uusi WCD-malli on tarkoitettu transversaali-isotrooppisten materiaalien haurasmurtuman mallintamiseen. Erityistä huomiota on kiinnitetty yksiaksiaalisessa puristuksessa tapahtuvan kuormituksen kanssa yhdensuuntaisen halkeamisen sekä yksiaksiaalisessa vedossa tapahtuvan kuormitusta vastaan kohtisuorassa olevan säröytymisen mallintamiseen. Esitetty WCD-malli perustuu "vauriovektorin" käyttöön. Vauriovektori edustaa sekä tasomaisen särön normaalin suuntaa että vaurioituneen alueen kokoa. Vaurioitumisen vuoksi transversaali-isotrooppisesta materiaalista tulee anisotrooppista. Vaurion kasvumekanismi simuloi siipisärön (wing crack) kasvumekanismia. Uusi WCD-malli mahdollistaa materiaalissa ennen kuormitusta olevien alkusäröjen mallintamisen. Piirrettä voidaan hyödyntää tutkittaessa alkusäröjen suunnan ja suuruuden vaikutusta materiaalin vaurioitumiseen. Halkeilleen materiaalin epäsymmetrinen käyttäytyminen vedossa ja puristuksessa särön avautumisen ja sulkeutumisen vuoksi on otettu huomioon esitetyssä mallissa. Tutkimuksessa on osoitettu, että venymäperusteista sulkeutumiskriteeriä ei voida luotettavasti soveltaa kaksi- ja kolmiaksiaalisessa jännitystilassa. Esitetyssä mallissa vauriopinta on vaurionopeuden funktio. Siksi muodonmuutosten paikallistumisvyöhykkeen leveys on äärellinen. Esitetyn mallin pätevyys on todennettu testaamalla mallia viidessä eri kuormitustapauksessa käyttäen tunnettuja luonnonmateriaaleja (jää, betoni ja marmori). Numeeriset testit osoittivat mallin pätevyyden ja tehokkuuden transversaali-isotrooppisten materiaalien haurasmurtuman mallintamisessa. fi
dc.format.extent 195, [7]
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher VTT Technical Research Centre of Finland en
dc.publisher VTT fi
dc.relation.ispartofseries VTT publications en
dc.relation.ispartofseries 628 en
dc.subject.other Hydrology en
dc.subject.other Mechanical engineering en
dc.title Damage mechanics model for brittle failure of transversely isotropic solids : finite element implementation en
dc.title Transversaali-isotroopisen materiaalin haurasmurtuman mallintaminen vauriomekaniikan avulla. Implementointi elementtimenetelmään fi
dc.type G4 Monografiaväitöskirja fi
dc.description.version reviewed en
dc.contributor.department Department of Mechanical Engineering en
dc.contributor.department Konetekniikan osasto fi
dc.subject.keyword failure mechanics en
dc.subject.keyword brittle failure en
dc.subject.keyword anisotropy en
dc.subject.keyword continuum mechanics en
dc.subject.keyword damage models en
dc.subject.keyword finite element analysis en
dc.subject.keyword solid materials en
dc.subject.keyword structural analysis en
dc.subject.keyword three-dimensional en
dc.subject.keyword transversal isotropy en
dc.subject.keyword wing crack en
dc.identifier.urn urn:nbn:fi:tkk-008061
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Väitöskirja (monografia) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (monograph) en


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account