شبيه‌سازي عددي رفتار الاستوپلاستيك و رشد آسيب فلزات در تنش‌هاي سه‌محوري مختلف

Numerical Simulation of Elastoplastic Behavior and Damage Evolution at Various Stress Triaxiality

نظريه مكانيك آسيب محيط‌هاي پيوسته با رويكردي پديدار شناختي در پيش‌بيني پديده‌ي شكست مواد به كارگرفته مي‌‌شود. از آ‌ن‌جايي كه هر ماده رفتار مخصوص به خود را دارد، يافتن نحوه رفتار آسيب فلزات پركاربرد اهميت ويژه‌اي دارد. در اين تحقيق دو مدل آسيب گنجياني و بونورا، براي تحليل رفتار الاستوپلاستيك ‌آسيب چند فلز از كدنويسي در نرم‌افزار آباكوس، انجام شبيه‌سازي و مقايسه با داده‌هاي تجربي موجود در منابع، استفاده شده است. جزئيات انتگرال‌گيري صريح و الگوريتم حل ارائه شده است. همچنين، به دليل اينكه كرنش‌ها در محدوده تغييرشكل‌هاي بزرگ بوده‌اند، روابط مربوط به تغييرشكل‌هاي بزرگ استفاده شده ‌است. در يافتن ثوابت مدل‌ها از نمودارهاي تنش-كرنش، آسيب-كرنش و كرنش شكست-تنش سه‌محوري استفاده شده است. پس از انجام شبيه‌سازي به كمك نمودار نيرو-جابه‌جايي كه تطابق خوبي با نمودار تجربي براي هر فلز داشته‌اند، صحت عملكرد تأييد شده است. در حالت كلي ثوابت طي يك فرايند آزمون و خطا طوري مشخص گرديدند كه برازش منحني بهينه انجام گرفته باشد. فلزات مورد بررسي فولاد 1045، آلومينيوم 2024-تي‌351 و فولاد اچ‌واي 130 بودند. براي دو فلز اول آزمون كشش ساده و براي فولاد اچ‌واي 130 آزمون خمش سه نقطه‌اي شبيه‌سازي شده است و نمودار نيرو-جابه‌جايي حاصل با نمودار تجربي نظير مقايسه شده است.

The theory of continuum damage mechanics with a phenomenological approach is able to simulate phenomena such as soft strain, local necking of materials, and their failure. Stress triaxiality is defined as the stress state in a material that strongly affects the ductile failure phenomena. In this study, two damage models, Ganjiani and Bonora, are chosen to simulate and compare the elastoplastic behavior as well as damage evolution of some metals. These damage models are sensitive to the stress triaxiality. In order to validate the capability of the models in structural response, the proposed model has been implemented into user-defined subroutines VUMAT in the finite element program ABAQUS/Explicit. For this purpose, the explicit stress integration algorithms of the model have been explained. The model has been validated by comparing the predicted results with experimental data. The simulations are performed for steel 1045, aluminum 2024-T351, and steel HY130. The details of the integration algorithm in the framework of the explicit scheme are presented. Also, the model is developed in the large strain deformation. For the determination of the constants in the models, the stress-strain, the damage-strain, and the fracture strain-triaxiality curves are used. The predicted curves of load-displacement from simulation have good agreement with corresponding experimental data.