مدل آسيب ميكرومكانيكي براي پلاستيسيته‌ مواد به‌منظور پيش‌بيني شكست تحت بارهاي برشي

Micromechanical Damage Model for Plasticity of Metals to Predict Failure under Shear Loads

در اين مقاله به مدل مكانيك آسيب مبتني بر ميكرومكانيك جي‌تي ان جهت اضافه كردن قابليت پيش‌بيني و محاسبه آسيب تحت بارهاي برشي پرداخته‌شده؛ تا از آن به‌منظور مدل‌سازي آسيب و شكست در شرايطي كه بارهاي برشي و آسيب برشي غالب است استفاده گردد. در توسعه‌ مدل جي‌تي ان، نظر به اينكه آسيب‌هاي مختلف مفاهيم فيزيكي و اثرات تضعيف متفاوتي دارند لذا يك پارامتر آسيب برشي مستقل و مجزا به‌عنوان تابعي از كرنش پلاستيك معادل ماتريس ارائه گرديد. مدل آسيب جي‌تي ان اصلاح‌شده با توسعه‌ كد در محيط نرم‌افزار آباكوس پياده‌سازي شد. جهت آناليز آسيب با مدل جديد، 16 پارامتر ورودي مدل براي ماده تعيين گرديد. پس از توسعه‌ مدل، توسعه‌ كد و تعيين پارامترهاي ورودي، ابتدا مدل اصلاح‌شده‌ بر روي تك المان آزمايش شد. بررسي نتايج نشان داد كه جواب‌هاي مدل توسعه داده‌شده مطابقت كاملي با نتايج مدل جي‌تي ان پايه و روابط تحليلي به ترتيب تحت بارگذاري‌هاي كششي و برشي دارد. درنهايت مدل توسعه داده‌شده در بارگذاري برشي و روي نمونه‌ برشي مورد آزمايش قرار گرفت. مشاهده گرديد مدل اصلاح‌شده تحت بارگذاري برشي ضعف مدل جي‌تي ان پايه را رفع كرده و به‌خوبي بروز آسيب و تضعيف خواص مكانيكي ماده را تحت شرايط برشي حاكم پيش‌بيني مي‌كند.

The present work deals with the Gurson-Tvergaard-Needleman micromechanics based damage model to add the ability to predict damage under shear loads and use it in modeling damage and failure under shear dominated loading conditions. In the development of the Gurson-Tvergaard-Needleman model, since different damages have different physical concepts and attenuation effects, so an independent shear damage parameter was presented as a function of an equivalent plastic strain of the matrix. The modified Gurson-Tvergaard-Needleman damage model was implemented by developing a code in the Abaqus software. To use the modified Gurson-Tvergaard-Needleman model, 16 input parameters of the model were determined for the material under study. After modifying the model, developing the code, and determining the input parameters, it was first tested on a single element. The results of the developed model showed complete agreement with the results of the basic Gurson-Tvergaard-Needleman model and analytical solutions under tensile and shear loads, respectively. Finally, the developed model was tested in shear loading on the shear specimen. It was observed that the modified model eliminates the weakness of the base Gurson-Tvergaard-Needleman model and well predicts the occurrence of damage and weakening of the mechanical properties of the material under the prevailing shear conditions.