Title
Mikromehanička analiza loma zavarenih spojeva čelika povišene čvrstoće
Creator
Younise, Bashir S.
Copyright date
2013
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno-Bez prerade 3.0 Srbija (CC BY-NC-ND 3.0)
License description
Dozvoljavate samo preuzimanje i distribuciju dela, ako/dok se pravilno naznačava ime autora, bez ikakvih promena dela i bez prava komercijalnog korišćenja dela. Ova licenca je najstroža CC licenca. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/deed.sr_LATN. Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
English
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Date of defence: 11.10.2013.
Other responsibilities
mentor
Sedmak, Aleksandar, 1955-
član komisije
Prokić-Cvetković, Radica, 1965-
član komisije
Rakin, Marko, 1966-
član komisije
Kozak, Dražen.
član komisije
Radaković, Zoran, 1961-
Academic Expertise
Tehničko-tehnološke nauke
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Mašinski fakultet
Alternative title
Micromechanical fracture analysis of high strength steel weldments
Publisher
[B. Younise]
Format
PDF/A (198 pages)
description
Technical science, Mechanical engineering-Material science, fracture mechanics / Tehnicke nauke, mašinstvo-Inženjerstvo materijala, mehanika loma
Abstract (en)
Industrijska primena celika povišene cvrstoce u elementima zavarenih konstrukcija
cini neophodnim poznavanje ponašanja spojeva ovih materijala pri žilavom lomu. Stoga,
procena integriteta zavarenih struktura je potrebna da bi se obezbedio potrebni nivo
sigurnsti i pouzdanosti, imajuci u vidu uticaj ogranicenog deformisanja i heterogenosti na
ponašanje pri lomu kriticnih zona spoja: zone uticaja toplote (ZUT) i metala šava (MŠ),
koji cesto imaju nižu žilavost i višu prelaznu temperaturu. Takode, veoma je važno da
procena integriteta bude uradena realno i da ne bude previše konzervativna, kako bi se
sprecilo povecanje mase strukture i obezbedilo ekonomicno korišcenje materijala.
U ovoj disertaciji, mikromehanicki pristup je korišcen za analizu uticaja mehanicke
heterogenosti i ogranicenog deformisanja na žilav lom zavarenih spojeva celika povišene
cvrstoce. Ovaj pristup je korišcen kao rešenje za problem prenosivosti parametara
klasicne mehanike loma. Takode, motiv za njegovu primenu je i to što standardni
parametri mehanike loma: faktor intenziteta napona, otvaranje prsline i konturni Jintegral,
ne mogu na odgovarajuci nacin opisati odgovor materijala sa prslinom na dejstvo
spoljnog opterecenja u svim uslovima, kao što su izraženo plasticno tecenje (large scale
yielding), razliciti uticaji heterogenosti, obika i geometrije zavarenih konstrukcija u
eksploataciji. Parametri mehanike loma, odredeni laboratorijskim ispitivanjem epruveta,
nisu direktno prenosivi na komponente i stoga se moraju uzeti u obzir dodatni faktori (kao
što je uticaj ogranicenog deformisanja). Takode, cilj ove disertacije je odredivanje
mehanickih osobina zona zavarenog spoja korišcenjem kombinovanog eksperimentalnonumerickog
postupka, što je narocito važno kod zona male širine u okviru ZUT koje su
izložene opterecenju u transverzalnom pravcu.
Rad na disertaciji je podrazumevao primenu metode konacnih elemenata i
eksperimentalna ispitivanja. Eksperimentalna ispitivanja su uradena na zavarenim glatkim
epruvetama (uz korišcenje ARAMIS stereometrijskog mernog sistema) za odredivanje
mehanickih osobina, kao i epruvetama za savijanje u tri tacke i epruvetama za zatezanje
sa pocetnom prslinom u metalu šava i zoni uticaja toplote za analizu ponašanja pri lomu.
J-R krive i vrednosti parametra mehanike loma koje odgovaraju pocetku rasta prsline odredene su eksperimentalno i numericki na epruvetama sa pocetnom prslinom u ZUT i
MŠ. Numericka analiza elasto-plasticnih modela konacnih elemenata (2D i 3D) je
uradena u programskom paketu Abaqus, a mikromehanicki kompletni Gursonov model
(CGM) je primenjen preko korisnickog potprograma UMAT (autor Z.L. Zhang).
Ograniceno deformisanje oko vrha prsline i promena troosnosti u ligamentu su numericki
analizirani na epruvetama za savijanje u tri tacke i onim za zatezanje, da bi se analizirala
prenosivost mikromehanickih parametara oštecenja sa jedne epruvete na drugu. Takode,
mikromehanickim pristupom je odreden uticaj geometrije i rezultati su uporedeni sa
eksperimentalnim podacima. Najveci deo numerickih rezultata dobijenih korišcenjem
CGM modela pokazuje dobro slaganje sa eksperimentalnim rezultatima...
Abstract (en)
The industrial application of high strength steel in structural welded components has
increased the demand for understanding the ductile failure behavior of this type of welded
materials. Therefore, integrity assessment of those welded structures is required in order
to ensure a certain level of safety and reliability, having in mind the effects of constraints
and heterogeneity on fracture behavior of crucial regions such as: heat affected zone
(HAZ) and weld metal (WM) which usually have low toughness and higher transition
temperature. It is also essential that the assessment is done in a realistic and not too
conservative way in order not to increase the mass of the structure or impair the economic
efficiency too much.
In this thesis, micromechanical approach has been used to study the effect of
mechanical heterogeneity and constraints on ductile fracture of high strength steel
weldments. This approach has been used as a solution for the transferability problem of
conventional fracture mechanics parameters. It has also been used on basis of that fracture
mechanics parameters recommended by standard, such as: stress intensity factor, crack
opening displacement and contour J-integral, cannot reliably describe the reaction of a
pre-cracked material to the effects of external loading under all conditions such as: large
scale yielding, various effects of heterogeneity, shape and geometry of real welded
structures. The fracture mechanics parameters, determined from laboratory scale
experiments are not also directly transferable to components and hence additional
considerations (like constraint effects etc.) need to be taken care of. In addition, the aim
of the thesis was to estimate precise mechanical properties using a combined
experimental and numerical procedure for various welded joint regions, especially for
narrow HAZ regions, when they are subjected to transversally applied load.
The study was carried out using finite element method and experiments.
Experimental analysis was carried out on: welded smooth tensile specimen with ARAMIS
measuring system for estimation mechanical properties, welded single-edge notched bend
and flat tensile specimens with pre-cracks in weld metal (WM) and heat-affected zone
(HAZ) for studying the ductile fracture behavior. J-R curves and crack growth initiation
iii
values of fracture mechanics parameter were experimentally and numerically obtained for
specimens with a pre-crack in HAZ and WM. Numerical analysis of elastic-plastic finite
element models (2D and 3D) was performed in software package Abaqus, with
micromechanical complete Gurson model (CGM) applied through user subroutine,
UMAT (author: Z.L. Zhang). The crack tip constraint and variation of stress triaxiality in
ligament were numerically analyzed on single-edge notched bend and tensile specimens
to analyze the transferability of micromechanical damage parameters from one specimen
to another. In addition, the geometry effects were also studied by the micromechanical
approach and the results were compared with those of the experiments. Most of numerical
results obtained with CGM model are in good agreement with the experimental results...
Authors Key words
zavareni spojevi, mikromehanicki pristup, žilav lom, mehanicka
heterogenost, metoda konacnih elemenata, uticaj ogranicenog deformisanja, otpornost
prema nastanku loma, prenosivost
Authors Key words
weldments, micromechanical approach, ductile fracture, mechanical
heterogeneity, finite element method, constraint effect, initiation toughness,
transferability
Classification
621.7 +621.9
Type
Tekst
Abstract (en)
Industrijska primena celika povišene cvrstoce u elementima zavarenih konstrukcija
cini neophodnim poznavanje ponašanja spojeva ovih materijala pri žilavom lomu. Stoga,
procena integriteta zavarenih struktura je potrebna da bi se obezbedio potrebni nivo
sigurnsti i pouzdanosti, imajuci u vidu uticaj ogranicenog deformisanja i heterogenosti na
ponašanje pri lomu kriticnih zona spoja: zone uticaja toplote (ZUT) i metala šava (MŠ),
koji cesto imaju nižu žilavost i višu prelaznu temperaturu. Takode, veoma je važno da
procena integriteta bude uradena realno i da ne bude previše konzervativna, kako bi se
sprecilo povecanje mase strukture i obezbedilo ekonomicno korišcenje materijala.
U ovoj disertaciji, mikromehanicki pristup je korišcen za analizu uticaja mehanicke
heterogenosti i ogranicenog deformisanja na žilav lom zavarenih spojeva celika povišene
cvrstoce. Ovaj pristup je korišcen kao rešenje za problem prenosivosti parametara
klasicne mehanike loma. Takode, motiv za njegovu primenu je i to što standardni
parametri mehanike loma: faktor intenziteta napona, otvaranje prsline i konturni Jintegral,
ne mogu na odgovarajuci nacin opisati odgovor materijala sa prslinom na dejstvo
spoljnog opterecenja u svim uslovima, kao što su izraženo plasticno tecenje (large scale
yielding), razliciti uticaji heterogenosti, obika i geometrije zavarenih konstrukcija u
eksploataciji. Parametri mehanike loma, odredeni laboratorijskim ispitivanjem epruveta,
nisu direktno prenosivi na komponente i stoga se moraju uzeti u obzir dodatni faktori (kao
što je uticaj ogranicenog deformisanja). Takode, cilj ove disertacije je odredivanje
mehanickih osobina zona zavarenog spoja korišcenjem kombinovanog eksperimentalnonumerickog
postupka, što je narocito važno kod zona male širine u okviru ZUT koje su
izložene opterecenju u transverzalnom pravcu.
Rad na disertaciji je podrazumevao primenu metode konacnih elemenata i
eksperimentalna ispitivanja. Eksperimentalna ispitivanja su uradena na zavarenim glatkim
epruvetama (uz korišcenje ARAMIS stereometrijskog mernog sistema) za odredivanje
mehanickih osobina, kao i epruvetama za savijanje u tri tacke i epruvetama za zatezanje
sa pocetnom prslinom u metalu šava i zoni uticaja toplote za analizu ponašanja pri lomu.
J-R krive i vrednosti parametra mehanike loma koje odgovaraju pocetku rasta prsline odredene su eksperimentalno i numericki na epruvetama sa pocetnom prslinom u ZUT i
MŠ. Numericka analiza elasto-plasticnih modela konacnih elemenata (2D i 3D) je
uradena u programskom paketu Abaqus, a mikromehanicki kompletni Gursonov model
(CGM) je primenjen preko korisnickog potprograma UMAT (autor Z.L. Zhang).
Ograniceno deformisanje oko vrha prsline i promena troosnosti u ligamentu su numericki
analizirani na epruvetama za savijanje u tri tacke i onim za zatezanje, da bi se analizirala
prenosivost mikromehanickih parametara oštecenja sa jedne epruvete na drugu. Takode,
mikromehanickim pristupom je odreden uticaj geometrije i rezultati su uporedeni sa
eksperimentalnim podacima. Najveci deo numerickih rezultata dobijenih korišcenjem
CGM modela pokazuje dobro slaganje sa eksperimentalnim rezultatima...
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.