Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent
Műszaki Mechanikai Tanszék (Budapest University of Technology and Economics)
Participants
Gombos, Ákos Kossa, Attila
Starting date
2008-04-01
Closing date
2011-09-30
Funding (in million HUF)
8.435
FTE (full time equivalent)
2.10
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás a mikro-kontinuumok véges rugalmas-képlékeny alakváltozásának leírására vonatkozik. Ezen belül a mikropoláris, a mikro-stretch és a mikromorf modellek elméleti és numerikus vizsgálata képezi a főirányt. A napjainkban megjelenő új típusú anyagok (mikropoláris testek, habosított anyagok, kompozitok, stb.) modellezése számos problémát vet fel az alakváltozások és a feszültségállapot meghatározásával kapcsolatban. A klasszikus kontinuum leírás önmagában nem ad kielégítő eredményeket és az anyagok konstitutív egyenleteinek megadásához a mikro és nano szintű modellezésre is szükség van. A kutatás első lépéseként a legújabb modellek (gradiens függő és mikro-kontinuum) áttekintését és rendszerezését végezzük el. Mivel a gyakorlati alkalmazásokban rendszerint anyagi és geometria nemlinearitások is megjelennek, ezért a modellek ezen irányokba való kiterjesztésének kutatásával foglalkozunk. Az elméleti vizsgálatok mellett a numerikus modellek (végeselemes eljárások) kidolgozása is célja a kutatásnak. Az új típusú anyagmodellek a numerikus módszerekkel szemben is új problémákat vetnek fel. Ezek megoldása új típusú végeselemes algoritmusok kifejlesztését igényli, amely a kutatási munka során konkrét programok kidolgozását jelenti.
Summary
The purpose of this research work is develope an elastoplastic micro-continuum model at large strain and large deformation. Within this work the main goal is to investigate the micro-polar, micro-stretch and micromorphich cntinuum models from theoretical and numerical point of view. The modelization of the new engineering materials (oriented material, foam, particle-reinforced composites) has several difficulties respect to the strain and stress analysis. The macroscopic continuum model is not suitable and the micro-continuum theories have required to introduced to describe the material behaviour. This research begins with a review of the new models (strain gradients theories, micropolar and micromorphic models, etc.). Because of the geometric and material nonlinearity are most important in many applications, we present an extension of this models such that approach it can be applied to large deformation. In addition, our intention is to develope a reliable and efficients numerical methods (finite element code) to be used for the micro-continuum models proposed in this OTKA research work.
Final report
Results in Hungarian
A kutatási munka keretében a Mises és a Drucker-Prager-féle képlékenységi modellekre egzakt feszültség számító eljárások kidolgozására került sor lineárisan keményedő anyagmodellek esetén. Az eljárások konstans alakváltozási sebesség esetén használhatók, amely széles körben elfogadott a kis rugalmas-képlékeny alakváltozások végeselemes számítása során. A kidolgozott algoritmusok ki lettek terjesztve a rugalmas-képlékeny mikropoláris (Cosserat-féle) anyagmodellre is. Ez utóbbi modellre egy új képlékenységi feltétel került kidolgozásra. Hasonló egzakt integrálási módszer került kifejlesztésre a konstans feszültség-sebességek esetére is. A kutatás keretében az új megoldásokhoz kapcsolódó teljes körű numerikus feszültségszámítási algoritmu- sokat dolgoztunk ki, melyek a végeselemes számításokba történő beépítéshez szükségesek. Az egzakt feszültségszámító formulákhoz tartozó konzisztens érintőtenzorokat is előállítottuk. A kidolgozott numerikus módszereket az Abaqus végeselemes programba is implementáltuk az UMAT (user material) felhasználói környezet segítségével. A javasolt eljárás hatékonyságának és pontosságának illusztrálása számos numerikus feladat megoldásán keresztül történt.
Results in English
In the research work, the exact stress integration methods for the Mises and the Drucker-Prager elastoplasticity with linear isotropic hardening has been presented under the constant strain rate assumption. The novel time integration scheme is extended to the micropolar (Cosserat type) elastoplasticity based on a new Mises-like yield condition model. Moreover, a fully analytical strain solution is also derived for the stress-driven case using constant stress-rate assumption. In addition, an explicit expressions for the algorithmically consistent tangent tensor is also derived, which are crucial in finite element calculation in order to have quadratic rate of convergence in the global solution. In order to evaluate the computational performance of the new scheme with regards to in finite element (FE) calculations, the method was implemented in the commercial FE software package ABAQUS via its UMAT material interface. The accuracy and efficiency of the novel techniques are illustrated by performing a series of numerical test examples including finite element calculations as well.
Szabó László: A semi-analytical integration method for J2 flow theory of plasticity with linear isotropic hardening, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 198, Issues 27-29, pp. 2151-2166, 2009
Kossa Attila, Szabó László: Exact integration of the von Mises elastoplasticity model with combined linear isotropic-kinematic hardening, International Journal of Plasticity, 25, pp. 1083-1106, 2009
Kossa Attila, Szabó László: Numerical implementation of a novel accurate stress integration scheme of the von Mises elastoplasticity model with combined linear hardening, Finite Elements in Analysis and Design, 46, pp. 391-400, 2010
Attila Kossa, László Szabó: Computational aspects of the integration of von Mises elastoplasticity model with combined hardening, X INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPUTATIONAL PLASTICITY 2-4 September 2009 Barcelona, Spain, pp. 1-4, 2009
Szabó László, Kossa Attila: A new exact integration method for the Drucker-Prager elastoplastic model with linear isotropic hardening, INTERNATIONAL JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES, 2012
