Panic, Darko (2024)
Thermodynamisch konsistente FE-Simulation des Ermüdungsrissfortschritts unter Berücksichtigung zyklischer Plastizitätseffekte und der Mechanik materieller Kräfte.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00027382
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion
Kurzbeschreibung (Abstract)
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Weiterentwicklung von numerischen Methoden zur Lebensdauerbewertung von zyklisch belasteten Strukturen durch die Anwendung der Mechanik der konfigurellen oder materiellen Kräfte. Im Rahmen der Arbeit wird ein Konzept zur Durchführung einer thermodynamisch-konsistenten Finite Elemente Simulation des Ermüdungsrissfortschritts erarbeitet und vorgestellt. Im Fokus steht die Verwendung von elastisch-plastischen Werkstoffmodellen zur Erfassung der relevanten Feldgrößen in der elastisch-plastischen Bruchmechanik. Durch die Anwendung der inkrementellen Plastizitätstheorie wird das transiente Werkstoffverhalten von metallischen Strukturen unter zyklischer Belastung berücksichtigt. Eine zentrale Rolle nimmt hierbei die Bestimmung und Erweiterung des zyklischen J-Integrals, unter Einbeziehung der physikalischen Bilanzgleichungen und der Mechanik materieller Kräfte, ein. Besonderes Augenmerk liegt auf der Einbeziehung des Phänomens des Rissschließens in Verbindung mit der numerischen Berechnung des Rissspitzenparameters. Der effektive Anteil des zyklischen Rissspitzenparameters wird mit Hilfe eines programmierten Rissschließalgorithmus bestimmt. Des Weiteren befähigt das FE-Berechnungskonzept zur präziseren Bewertung des Rissstopp- bzw. Rissarresteffektes bei druckeigenspannungsbehafteten Strukturen. Ein hybrides Optimierungsverfahren wird zur Parameteridentifikation von elastisch-plastischen Werkstoffmodellen vorgestellt und angewendet. Das Optimierungsprogramm vereint die Stärken eines globalen Verfahrens in Form des implementierten Differential-Evolution-Algorithmus und des lokalen Verfahrens basierend auf dem Nelder-Mead-Algorithmus. Resultierend aus den Ergebnissen der Parameteridentifikation und der anschließenden Definition des elastisch-plastischen Werkstoffmodells können die bruchmechanischen Feldgrößen realistischer bestimmt werden. Abschließend werden Ergebnisse des numerischen Bruchmechanikverfahrens mit einer konventionellen FE-Rissfortschrittsmethode anhand von Berechnungsbeispielen verglichen und diskutiert. Die Ergebnisse der numerischen Lebensdauerbewertung von Bauteilproben zeigen eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Resultaten.
| Typ des Eintrags: | Dissertation | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Erschienen: | 2024 | ||||
| Autor(en): | Panic, Darko | ||||
| Art des Eintrags: | Erstveröffentlichung | ||||
| Titel: | Thermodynamisch konsistente FE-Simulation des Ermüdungsrissfortschritts unter Berücksichtigung zyklischer Plastizitätseffekte und der Mechanik materieller Kräfte | ||||
| Sprache: | Deutsch | ||||
| Referenten: | Vormwald, Prof. Dr. Michael ; Müller, Prof. Dr. Ralf | ||||
| Publikationsjahr: | 10 Juni 2024 | ||||
| Ort: | Darmstadt | ||||
| Kollation: | VIII, 166 Seiten | ||||
| Datum der mündlichen Prüfung: | 21 September 2023 | ||||
| DOI: | 10.26083/tuprints-00027382 | ||||
| URL / URN: | https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/27382 | ||||
| Kurzbeschreibung (Abstract): | Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Weiterentwicklung von numerischen Methoden zur Lebensdauerbewertung von zyklisch belasteten Strukturen durch die Anwendung der Mechanik der konfigurellen oder materiellen Kräfte. Im Rahmen der Arbeit wird ein Konzept zur Durchführung einer thermodynamisch-konsistenten Finite Elemente Simulation des Ermüdungsrissfortschritts erarbeitet und vorgestellt. Im Fokus steht die Verwendung von elastisch-plastischen Werkstoffmodellen zur Erfassung der relevanten Feldgrößen in der elastisch-plastischen Bruchmechanik. Durch die Anwendung der inkrementellen Plastizitätstheorie wird das transiente Werkstoffverhalten von metallischen Strukturen unter zyklischer Belastung berücksichtigt. Eine zentrale Rolle nimmt hierbei die Bestimmung und Erweiterung des zyklischen J-Integrals, unter Einbeziehung der physikalischen Bilanzgleichungen und der Mechanik materieller Kräfte, ein. Besonderes Augenmerk liegt auf der Einbeziehung des Phänomens des Rissschließens in Verbindung mit der numerischen Berechnung des Rissspitzenparameters. Der effektive Anteil des zyklischen Rissspitzenparameters wird mit Hilfe eines programmierten Rissschließalgorithmus bestimmt. Des Weiteren befähigt das FE-Berechnungskonzept zur präziseren Bewertung des Rissstopp- bzw. Rissarresteffektes bei druckeigenspannungsbehafteten Strukturen. Ein hybrides Optimierungsverfahren wird zur Parameteridentifikation von elastisch-plastischen Werkstoffmodellen vorgestellt und angewendet. Das Optimierungsprogramm vereint die Stärken eines globalen Verfahrens in Form des implementierten Differential-Evolution-Algorithmus und des lokalen Verfahrens basierend auf dem Nelder-Mead-Algorithmus. Resultierend aus den Ergebnissen der Parameteridentifikation und der anschließenden Definition des elastisch-plastischen Werkstoffmodells können die bruchmechanischen Feldgrößen realistischer bestimmt werden. Abschließend werden Ergebnisse des numerischen Bruchmechanikverfahrens mit einer konventionellen FE-Rissfortschrittsmethode anhand von Berechnungsbeispielen verglichen und diskutiert. Die Ergebnisse der numerischen Lebensdauerbewertung von Bauteilproben zeigen eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Resultaten. |
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| Alternatives oder übersetztes Abstract: |
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| Status: | Verlagsversion | ||||
| URN: | urn:nbn:de:tuda-tuprints-273820 | ||||
| Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 624 Ingenieurbau und Umwelttechnik |
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| Fachbereich(e)/-gebiet(e): | 13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften 13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik 13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik > Fachgebiet Werkstoffmechanik |
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| Hinterlegungsdatum: | 10 Jun 2024 11:38 | ||||
| Letzte Änderung: | 11 Jun 2024 04:56 | ||||
| PPN: | |||||
| Referenten: | Vormwald, Prof. Dr. Michael ; Müller, Prof. Dr. Ralf | ||||
| Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: | 21 September 2023 | ||||
| Export: | |||||
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