Fracture toughness simulations of demi-regular lattices
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Author
Date
2023-05-15
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
53
Series
Abstract
This thesis studies the fracture toughness of four different lattice material topologies. Both mode I and mode II loadings were analysed, in addition to the mixed loading for the envelope diagram. Only perfect elastic brittle lattices, without any imperfections, were considered in this thesis. The finite element analyses were accomplished using Abaqus CAE software. Boundary layer equations were applied for the boundary nodes. A mesh convergence analysis for the lattice and element size parameters showed that a lattice size of 100l and eight elements per bar were sufficient to give accurate results. The mesh convergence was necessary, as these are important parameters for fracture toughness analysis. All four topologies had a higher fracture toughness than the triangular lattice. Topology D was almost 1.7 times tougher than the triangular lattice in mode I. The following results are also for mode I and compared to the triangular lattice. Topology B was close to 1.4 times tougher, while topology C was about 1.3 times tougher. Topology A was 1.2 times tougher. The order was the same for both mode I and mode II loadings, but there were clear differences in how closely the results were related. Mode I results had more variance than mode II results.Tämä diplomityö tutkii neljän eri säleikkömateriaali topologian murtolujuuksia. Molemmat moodi I ja moodi II kuormitukset analysoitiin, sekä niiden lisäksi sekakuormitus kirjekuori diagrammin saamiseksi. Pelkästään täydellisiä elastisen hauraita säleikköjä, ilman minkäänlaisia puutteellisuuksia, käsiteltiin tässä diplomityössä. Tutkimukset tehtiin elementtimenetelmällä käyttäen Abaqus CAE ohjelmaa. Säleikköjen rajasolmuihin käytettiin rajakerros yhtälöitä. Verkko konvergenssi säleikköjen ja elementtien koko parametreihin osoitti, että säleikön koko 100l ja kahdeksan elementtiä palkkia kohden olivat tarpeeksi hyviä antamaan tarkkoja tuloksia. Verkko konvergenssi oli tarpeellinen, koska nämä parametrit ovat tärkeitä lopullisiin murtolujuuksien tutkimuksiin. Kaikilla neljällä topologialla oli suurempi murtolujuus kuin kolmikulmaisella säleiköllä. Topologia D oli 1.7 kertaa kestävämpi kuin kolmikulmainen säleikkö, kun tarkasteltiin moodi I tuloksia. Seuraavat luvut ovat myös moodi I tuloksia ja niitä on verrattu kolmikulmaiseen säleikköön. Topologia B oli melkein 1.4 kertaa kestävämpi ja topologia C oli noin 1.3 kertaa kestävämpi. Topologia A oli 1.2 kertaa kestävämpi. Sama järjestys oli molemmille moodi I ja moodi II kuormituksille, mutta tulosten läheisyydelle oli selviä eroja. Moodi I tulokset erosivat enemmän kuin moodi II tulokset.Description
Supervisor
St-Pierre, LucThesis advisor
St-Pierre, LucKeywords
fracture toughness, finite element method, Abaqus, demi-regular lattices
