PLASTYCZNOŚĆ W UJĘCIU KOMPUTEROWYM

Podobne dokumenty
MES w zagadnieniach sprężysto-plastycznych

MES w zagadnieniach sprężysto-plastycznych

ROZWIĄZANIE PROBLEMU NIELINIOWEGO

MES w zagadnieniach nieliniowych

9. PODSTAWY TEORII PLASTYCZNOŚCI

Rozwiązywanie zagadnień nieliniowych

TEORIA SPRĘŻYSTOŚCI I PLASTYCZNOŚCI (TSP)

PŁYTY OPIS W UKŁADZIE KARTEZJAŃSKIM Charakterystyczne wielkości i równania

PŁYTY OPIS W UKŁADZIE KARTEZJAŃSKIM Charakterystyczne wielkości i równania

MODELE ANALIZY NIELINIOWEJ DO OPISU ZARYSOWANIA

Podstawowe pojęcia wytrzymałości materiałów. Statyczna próba rozciągania metali. Warunek nośności i użytkowania. Założenia

Zadanie 1. Wektor naprężenia. Tensor naprężenia. Zależność wektor-tensor.

4. Elementy liniowej Teorii Sprężystości

Z-LOG-0133 Wytrzymałość materiałów Strength of materials

1. PODSTAWY TEORETYCZNE

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów studia niestacjonarne I-go stopnia, semestr zimowy

Materiały pomocnicze do wykładów z wytrzymałości materiałów 1 i 2 (299 stron)

mgr inż. Paweł Szeptyński Podstawy wytrzymałości materiałów i mechaniki układów prętowych 07 Teoria stanu naprężenia i odkształcenia

TENSOMETRIA ZARYS TEORETYCZNY

PYTANIA KONTROLNE STAN NAPRĘŻENIA, ODKSZTAŁCENIA PRAWO HOOKE A

TARCZE PROSTOKĄTNE Charakterystyczne wielkości i równania

Al.Politechniki 6, Łódź, Poland, Tel/Fax (48) (42) Mechanika Budowli. Inżynieria Środowiska, sem. III

Defi f nicja n aprę r żeń

Modele materiałów

1. Obciążenie statyczne

1 Charakterystyka ustrojów powierzchniowych. Anna Stankiewicz

Formułowanie relacji konstytutywnych SMA z wykorzystaniem struktur reologicznych

Wytrzymałość materiałów. Wzornictwo przemysłowe I stopień (I stopień / II stopień) ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Wytrzymałość materiałów Strength of materials

Wykład 8: Lepko-sprężyste odkształcenia ciał

PODSTAWY MECHANIKI OŚRODKÓW CIĄGŁYCH

MODELOWANIE ZA POMOCĄ MES Analiza statyczna ustrojów powierzchniowych

Wytrzymałość materiałów. Budowa i eksploatacja maszyn I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

PODSTAWY RACHUNKU WEKTOROWEGO

8. PODSTAWY ANALIZY NIELINIOWEJ

PŁYTY OPIS W UKŁADZIE KARTEZJAŃSKIM Charakterystyczne wielkości i równania

ALGORYTM STATYCZNEJ ANALIZY MES DLA KRATOWNICY

PODSUMOWANIE PIERWSZEJ CZĘŚCI

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

PROJEKT NR 1 METODA PRZEMIESZCZEŃ

[ P ] T PODSTAWY I ZASTOSOWANIA INŻYNIERSKIE MES. [ u v u v u v ] T. wykład 4. Element trójkątny płaski stan (naprężenia lub odkształcenia)

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

Nieliniowości fizyczne Część 2 : Nieliniowość sprężysta. Teoria nośności granicznej

Integralność konstrukcji w eksploatacji

Nieliniowości fizyczne Część 1: Typy nieliniowości, hipotezy, plastyczność

6. ZWIĄZKI FIZYCZNE Wstęp

WSTĘP DO TEORII PLASTYCZNOŚCI

Wytrzymałość materiałów

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Granica i ciągłość funkcji. 1 Granica funkcji rzeczywistej jednej zmiennej rzeczywsitej

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

MODELOWANIE NUMERYCZNE PEŁZANIA POŁĄCZEŃ KLEJOWYCH W KONSTRUKCJACH METALOWYCH

Fizyka dla Informatyków Wykład 7 Mechanika Ośrodków Ciągłych

Wprowadzenie do WK1 Stan naprężenia

Obszary sprężyste (bez możliwości uplastycznienia)

Przykład rozwiązania tarczy w zakresie sprężysto-plastycznym

Recenzja rozprawy doktorskiej mgra inż. Roberta Szymczyka. Analiza numeryczna zjawisk hartowania stali narzędziowych do pracy na gorąco

SYMULACJA TŁOCZENIA ZAKRYWEK KORONKOWYCH SIMULATION OF CROWN CLOSURES FORMING

Wytrzymałość Materiałów

Wytrzymałość materiałów Strength of materials

RÓWNANIA FIZYCZNE DLA CIAŁ LINIOWO - SPRĘŻYSTYCH

ANALIA STATYCZNA UP ZA POMOCĄ MES Przykłady

INSTRUKCJA DO CWICZENIA NR 4

12. STAN GRANICZNY W MECHANICE OŚRODKÓW POROWATYCH

ZAPIS WARUNKU PLASTYCZNOŚCI W JĘZYKU SKRYPTOWYM FLEXPDE ORAZ FLAC 2D

Analiza osiadania terenu

Katedra Mechaniki Konstrukcji ĆWICZENIE PROJEKTOWE NR 1 Z MECHANIKI BUDOWLI

Politechnika Białostocka

Materiały do wykładu na temat Obliczanie sił przekrojowych, naprężeń i zmian geometrycznych prętów rozciąganych iściskanych bez wyboczenia.

MODELOWANIE NUMERYCZNE DYNAMICZNEGO ZACHOWANIA SIĘ CIENKOŚCIENNEGO POCHŁANIACZA ENERGII

FLAC Fast Lagrangian Analysis of Continua

Fizyczne właściwości materiałów rolniczych

Nasyp przyrost osiadania w czasie (konsolidacja)

Wytrzymałość Materiałów II studia zaoczne inżynierskie I stopnia kierunek studiów Budownictwo, sem. IV materiały pomocnicze do ćwiczeń

Analiza płyt i powłok MES

Wytrzymałość Materiałów

MECHANIKA PRĘTÓW CIENKOŚCIENNYCH

UWZGLĘDNIENIE PREKONSOLIDACJI W OCENIE STANU GRANICZNEGO W ROZLUŹNIAJACYM SIĘ PODŁOŻU GÓRNICZYM**

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

Wprowadzenie do MES. Dla każdego ES, w oparciu o przemieszczenia w węzłach, wyznaczamy siły działające na niego, odkształcenia, naprężenia, itp.

UKŁADY ALGEBRAICZNYCH RÓWNAŃ LINIOWYCH

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

STATYKA Z UWZGLĘDNIENIEM DUŻYCH SIŁ OSIOWYCH

Autor: mgr inż. Robert Cypryjański METODY KOMPUTEROWE

PEŁZANIE WYBRANYCH ELEMENTÓW KONSTRUKCYJNYCH

Naprężenia, przemieszczenia, odkształcenia Właściwości materiałów. dr hab. inż. Tadeusz Chyży Katedra Mechaniki Konstrukcji

Projektowanie elementów z tworzyw sztucznych

UOGÓLNIONE PRAWO HOOKE A

Twierdzenia o wzajemności

Wytrzymałość Konstrukcji I - MEiL część II egzaminu. 1. Omówić wykresy rozciągania typowych materiałów. Podać charakterystyczne punkty wykresów.

Analiza przemieszczeń przyczółka mostu posadowionego bezpośrednio w osłonie ścianki szczelnej

Budowa Maszyn II stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) podstawowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES)

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Angelika Duszyńska Adam Bolt WSPÓŁPRACA GEORUSZTU I GRUNTU W BADANIU NA WYCIĄGANIE

2.12. Zadania odwrotne kinematyki

INTERPOLACJA I APROKSYMACJA FUNKCJI

CIEPLNE I MECHANICZNE WŁASNOŚCI CIAŁ

MES w zagadnieniach ośrodka ciągłego 2D i 3D

1.1 Przegląd wybranych równań i modeli fizycznych. , u x1 x 2

Transkrypt:

Budownictwo, studia I stopnia, semestr VII przedmiot fakultatywny rok akademicki 2013/2014 Instytut L-5, Wydział Inżynierii Lądowej, Politechnika Krakowska Adam Wosatko Jerzy Pamin

Tematyka zajęć 1 Sprężystość przypomnienie 2 Teoria plastycznego płynięcia 3 Komputerowa plastyczność 4 Przykłady obliczeniowe Źródła: R. de Borst and L.J. Sluys. Computational methods in nonlinear solid mechanics. Lecture Notes, Delft University of Technology, Delft, 1999. DIANA Finite Element Analysis - User s manual, release 7.2. TNO Building and Construction Research, Delft, 1999.

Liniowa sprężystość Prawo Hooke a Notacja tensorowa: σ σ = D e : ɛ σ ij = D e ijkl ɛ kl E Notacja Voigt a σ = D e ɛ, σ = σ x σ y σ z τ xy τ yz τ zx, ɛ = ɛ x ɛ y ɛ z γ xy γ yz γ zx 1 ɛ Izotropia: D e = D e (E, ν)

Słaba forma równania równowagi Zasada prac wirtualnych: δɛ T σdv = V V δu TˆbdV + S t δu TˆtdS warunek brzegowy: u = û na S u gdzie: ɛ wektor uogólnionych odkształceń σ wektor uogólnionych naprężeń u wektor uogólnionych przemieszczeń ˆb wektor sił masowych ˆt wektor obciążeń brzegowych û wektor zadanych przemieszczeń brzegowych Założono małe przemieszczenia i odkształcenia.

Sprężysość a plastyczność

Próba rozciągania stali Wykres naprężenie-odkształcenie 1 granica proporcjonalności 2 granica sprężystości 3 granica plastyczności σ y (górna, dolna, umowna) 4-5-6 wzmocnienie plastyczne A. Ganczarski i J. Skrzypek. Plastyczność materiałów inżynierskich. Podstawy, modele, metody i zastosowania komputerowe. Skrypt PK, Politechnika Krakowska, Kraków, 2009.

Próba rozciągania stali Wykres naprężenie-odkształcenie Postać wykresu σ ɛ może m.in. zależeć od: rodzaju materiału, prędkości procesu obciążenia, temperatury otoczenia. A. Ganczarski i J. Skrzypek. Plastyczność materiałów inżynierskich. Podstawy, modele, metody i zastosowania komputerowe. Skrypt PK, Politechnika Krakowska, Kraków, 2009.

Liniowe schematy dla materiałów sprężysto-plastycznych A. Ganczarski i J. Skrzypek. Plastyczność materiałów inżynierskich. Podstawy, modele, metody i zastosowania komputerowe. Skrypt PK, Politechnika Krakowska, Kraków, 2009.

Uplastycznienie materiału siła A B C P σ y - A σ y B σ y - - C + + + przemieszczenie σ y σ y σ y zakres sprężysty pelne uplastycznienie zakres sprężysty pelne uplastycznienie

Teoria płynięcia plastycznego Nośność materiału nie jest nieskończona, a przy deformacji powstają odkształcenia trwałe. Pojęcia teorii plastyczności: Funkcja plastyczności f (σ) = 0 - określa granicę zachowania sprężystego. Prawo płynięcia plastycznego ɛ p = λm - określa prędkość odkształceń plastycznych. λ - mnożnik plastyczny m - kierunek płynięcia plastycznego (zazwyczaj stowarzyszony z funkcją płynięcia m T = n T = f σ ) Wzmocnienie plastyczne f (σ α, κ) 0 kinematyczne (κ = 0) lub izotropowe (α = 0) Warunki obciążenie-odciążenie: f 0, λ 0, λf = 0 (odciążenie jest sprężyste)

Teoria płynięcia plastycznego Deformacja materiału zależy od historii obciążenia, zatem związki konstytutywne są zapisywane w prędkościach. Płynięcie plastyczne gdy f = 0 i ḟ = 0 (warunek zgodności plastycznej) Dekompozycja addytywna ɛ = ɛ e + ɛ p Odwzorowanie bijekcyjne σ = D e ɛ e Wykorzystując prawo płynięcia σ = D e ( ɛ λm) Zgodność procesu plastycznego ḟ = f f σ σ + κ κ Moduł wzmocnienia f h = 1 λ κ κ Podstawiając σ do równ. zgodności n T σ h λ = 0 oblicza się mnożnik plastyczny λ = nt D e ɛ h+n T D e m Macierzowe równanie konstytutywne [ ] σ = D e De mn T D e ɛ h+n T D e m Operator styczny D ep = D e De mn T D e h+n T D e m Całkowanie po czasie jest niezbędne na poziomie punktu.

Teoria Hubera-Misesa-Hencky ego Najczęściej stosowana jest teoria Hubera-Misesa-Hencky ego (H-M-H), oparta na skalarnej mierze energii odkształcenia postaciowego. Funkcja płynięcia np. ze wzmocnieniem izotropowym f (σ, κ) = 3J σ 2 σ(κ) = 0 κ - miara odkształcenia plastycznego ( κ = 1 σ σt ɛ p = λ) Prawo płynięcia plastycznego ɛ p = λ f σ Prawo wzmocnienia izotropowego np. liniowe σ(κ) = σ y + hκ h - moduł wzmocnienia

Teoria plastycznego płynięcia Funkcje plastyczności dla metali: Coulomba-Tresci-Guesta i Hubera-Misesa-Hencky ego Funkcje plastyczności niezależne od ciśnienia

Plastyczność Burzyńskiego-Druckera-Pragera Funkcja plastyczności ze wzmocnieniem izotropowym f (σ, κ) = q + α p βc p (κ) = 0 q = 3J 2 - dewiatorowa miara naprężenia p = 1 3 I 1 - ciśnienie hydrostatyczne α = 6 sin ϕ 3 sin ϕ β = 6 cos ϕ 3 sin ϕ ϕ - kąt tarcia wewnętrznego c p (κ) - kohezja Potencjał plastyczny f p = q + α p α = 6 sin ψ 3 sin ψ ψ - kąt dylatacji Niestowarzyszone prawo płynięcia ɛ p = λm, m = f p σ Miara odkształceń plastycznych κ = η λ, η = (1 + 2 9 α 2 ) 1 2 Moduł wzmocnienia kohezji h(κ) = ηβ cp κ

Plastyczność Burzyńskiego-Druckera-Pragera Dla sin ϕ = sin ψ = 0 otrzymuje się funkcję Hubera-Misesa-Hencky ego.

Teoria plastycznego płynięcia Funkcje plastyczności dla gruntów: Mohra-Coulomba i Burzyńskiego-Druckera-Pragera Funkcje plastyczności zależne od ciśnienia

Algorytm komputerowej plastyczności Zazwyczaj konieczne są iteracje na poziomie punktu, aby wyznaczyć σ t+ t i κ t+ t = κ t + κ i sprowadzić σ na powierzchnię plastyczności.

Algorytm komputerowej plastyczności Całkowanie σ = D ep ɛ po czasie algorytm powrotnego odwzorowania (return mapping) Dane: σ t, κ t, ɛ Wyznaczyć: σ = σ t+ t, κ = κ t+ t 1) Obliczyć sprężysty predyktor σ tr = σ t + D e ɛ 2) Sprawdzić, czy f (σ tr, κ t ) > 0? Jeśli nie, to stan sprężysty σ = σ tr Jeśli tak, wyznaczyć punkt σ c obliczyć λ = nt c De ɛ c h c +n T c De m c obliczyć plastyczny korektor σ = σ tr λd e m c zaktualizować κ = κ t + κ( λ) Algorytm Eulera wprzód jest stabilny tylko dla małych kroków czasowych.

Algorytm komputerowej plastyczności Algorytm powrotnego odwzorowania algorytm Eulera wstecz (bezwarunkowo stabilny) 1) Obliczyć sprężysty predyktor σ tr = σ t + D e ɛ 2) Sprawdzić, czy f (σ tr, κ t ) > 0? Jeśli nie, to stan sprężysty σ = σ tr Jeśli tak, to stan plastyczny, obliczyć plastyczny korektor σ = σ tr λd e m(σ) f (σ, κ) = 0 (układ 7 równań nieliniowych na σ, λ) Obliczyć κ = κ t + κ( λ) Iteracyjne poprawki także są konieczne, chyba, że powrót odbywa się po promieniu.

Rozciąganie próbki z otworem Wykresy siła-przemieszczenie Siła [N] 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 plastyczność ze wzmocnieniem idealna plastyczność 0 0.5 1 1.5 2 Przemieszczenie [mm]

Sprężystość przypomnienie Teoria plastycznego płynięcia Komputerowa plastyczność Przykłady obliczeniowe Rozciąganie próbki z otworem Deformacja i niezmiennik J2 Idealna plastyczność Plastyczność ze wzmocnieniem

Brazylijski test rozłupywania Idealna plastyczność H-M-H Końcowa deformacja i naprężenie σ yy

Brazylijski test rozłupywania Idealna plastyczność H-M-H Końcowe odkształcenie ɛ yy i niezmiennik J ɛ 2

Brazylijski test rozłupywania Wykresy siła-przemieszczenie Idealna plastyczność Plastyczność ze wzmocnieniem

Brazylijski test rozłupywania Idealna plastyczność H-M-H Dla elementu czterowęzłowego wykres siła-przemieszczenie wykazuje wzmocnienie na skutek blokady objętościowej, bo plastyczność H-M-H zawiera więz nieściśliwości plastycznej, którego nie potrafi odtworzyć poprawnie model MES. Element ośmiowęzłowy nie wykazuje blokady.

Symulacja niestateczności zbocza Gradientowa plastyczność Burzyńskiego-Druckera-Pragera Ewolucja miary odkształceń plastycznych