The beams components subjected to the loading such as axial, bending and cyclic thermal loads were studied in this research. The used constitutive equations are those of elasto-plasticity coupled to ductile and/or creep damage. The nonlinear kinematic hardening behavior was considered in elastoplasticity modeling. The unified damage law proposed for ductile failure and fatigue by the author of Sermage et al. (2000) and Kachanov's creep damage model applied to cyclic creep and low cycle fatigue of beams. Based on the results of the analysis, the shakedown limit loads were determined through the calculation of the residual strains developed in the beam analysis. The iterative technique determines the shakedown limit load in an iterative manner by performing a series of full coupled elastic-plastic and continuum damage cyclic loading modeling. The maximum load carrying capacity of the beam can withstand, were determined and imposed on the Bree's interaction diagram. Comparison between the shakedown diagrams generated by or without creep and/or ductile damage for the loading patterns was presented.
The aim of this study is to investigate the ductile fracture behaviour under Mode I loading using SA533B pressure vessel steel. Experiments consist of the Round Notch Bar Test (RNB), Single Edge Crack Bending Test (SECB), and V-Notch Bar Test (VNB). Results from the RNB test were used to tune the damage modelling constant. The other tests were performed to acquire the J-resistance curves and to confirm the damage constants. Microstructural observation includes the measurement of crack profile to obtain the roughness parameter. Finally, simulation using Rousellier Ductile Damage Theory (RDDT) was carried out with 4-node quadrilateral element ($L_c=0.25\;mm$). For the crack advance, the failed element removal technique was adopted with a ${\beta}$ criterion. In conclusion, the predicted simulation using RDDT showed a good agreement with the experimental results. A trial using a roughness parameter was made for a new evaluation of J-resistance curve, which is more conservative than the conventional one.
Selected Papers of The Society of Naval Architects of Korea
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v.2
no.1
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pp.106-128
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1994
An elasto-plastic-damage constitutive model for ductile materials is proposed within the framework of a thermodynamic approach of continuum damage mechanics (CDM) in which internal irreversible thermodynamic changes of micro-structure of materials such as plastic deformation and damage evolution are considered as thermodynamic state variables. The new constitutive model can predict not only the elasto-plastic behaviors but also the sequential stiffness degradation process of ductile materials more rationally.
Kim, Nak-Kyun;Oh, Chang-sik;Min, Sung-hwan;Kim, Yun-Jae
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.5
no.2
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pp.27-34
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2009
This paper proposes a simple numerical method to simulate ductile failure behaviors. The method is based on finite element analysis with a simple damage theory. To validate the proposed method, simulated results are compared with experimental data. Despite its simplicity, the proposed method well predicts experimental results systematic analyses are also performed to investigate the effect of the element size.
In this paper, a finite element analysis based on the local approach concept to fracture in the continuum damage mechanics is performed to analyze ductile fracture in two dimensional quasi-static state. First an isotropic damage model based on the generalized concept of effective stress is proposed for structural materials in the context of large deformation. In this model, the stiffness degradation is taken as a measure of damage and so, the fracture phenomenon can be explained as the critical deterioration of stiffness at a material point. The modified Riks' continuation technique is used to solve incremental iterative equations. Crack propagation is achieved by removing critically damaged elements. The mesh size sensitivity analysis and the simulation of the well known shearing mode failure in plane strain state are carried out to verify the present formulation. As numerical examples, an edge cracked plate and the specimen with a circular hole under plane stress are taken. Load-displacement curves and successively fractured shapes are shown. From the results, it can be concluded that the proposed model based on the local approach concept in the continuum damage mechanics may be stated as a reasonable tool to explain ductile fracture initiation and crack propagation.
Hydroformability and fracture criteria of FE analysis based on ductile fracture were investigated in warm hydroforming of A16061 tube. To evaluate the hydroformability, uni-axial tensile test and bulge test were performed at room temperature and $200^{\circ}C$. The measured flow stresses were used as input parameters for FE analysis. The damage values were calculated by FE analysis based on ductile fracture criteria at maximum radius of free bulged tubes. Damage values were compared of hexagonal shaped hydroformed parts. As a result, the formability by critical damage value for extruded tube is lower than that of full annealed tube up to 0.5.
Rock brittleness, which is closely related to the failure modes, plays a significant role in the design and construction of many rock engineering applications. However, the brittle-ductile failure transition is mostly ignored by the current statistical damage constitutive model, which may misestimate the failure strength and failure behaviours of intact rock. In this study, a new statistical damage model considering rock brittleness is proposed for brittle to ductile behaviour of rocks using brittleness index (BI). Firstly, the statistical constitutive damage model is reviewed and a new statistical damage model considering failure mode transition is developed by introducing rock brittleness parameter-BI. Then the corresponding damage distribution parameters, shape parameter m and scale parameter F0, are expressed in terms of BI. The shape parameter m has a positive relationship with BI while the scale parameter F0 depends on both BI and εe. Finally, the robustness and correctness of the proposed damage model is validated using a set of experimental data with various confining pressure.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.29
no.4
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pp.179-192
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1992
An elasto-plastic-damage constitutive model for ductile materials was derived under the framework of thermodynamic approach of contimuum damage mechanics(CDM) in which internal irreversible thermodynamic change of micro-structure of materials such as plastic deformation and damage evolution were considered as thermodynamic state variables. New constitutive model can predict not only the elasto-plastic behaviors but also the sequential degradation process of ductile materials more rationally.
A study of the damage evolution laws for ductile materials was carried out to predict the ductile fracture behavior of a marine structural steel (EH36). We conducted proportional and non-proportional stress tests in the experiments. The existing 3-D fracture strain surface was newly calibrated using two fracture parameters: the average stress triaxiality and average normalized load angle taken from the proportional tests. Linear and non-linear damage evolution models were taken into account in this study. A damage exponent of 3.0 for the non-linear damage model was determined based on a simple optimization technique, for which proportional and non-proportional stress tests were simultaneously used. We verified the validity of the three fracture models: the newly calibrated fracture strain model, linear damage evolution model, and non-linear damage evolution model for the tensile tests of the asymmetric notch specimens. Because the stress evolution pattern for the verification tests remained at mode I in terms of the linear elastic fracture mechanics, the three models did not show significant differences in their fracture initiation predictions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.7
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pp.727-734
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2014
This paper describes multi-scale based ductile fracture simulation using finite element (FE) damage analysis. The maximum and crack initiation loads of cracked components were predicted using proposed virtual testing method. To apply the local approach criteria for ductile fracture, stress-modified fracture strain model was adopted as the damage criteria with modified calibration technique that only requires tensile and fracture toughness test data. Element-size-dependent critical damage model is also introduced to apply the proposed ductile fracture simulation to large-scale components. The results of the simulation were compared with those of the tests on SA333 Gr. 6 full-scale pipes at $288^{\circ}C$, performed by the Battelle Memorial Institute.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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