Malociklično utrujanje avksetičnih celičnih struktur : doctoral disertation

slovenski

doktorska dela

2021

auxetic cellular structures   avksetične celične strukture   celični materiali   energijska metoda   energy method   low cycle fatigue   malociklično utrujanje   numerical analysis   numerična analiza

Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo

V doktorski disertaciji sta predstavljena razvoj in potrditev računskega modela za napovedovanje življenjske dobe 2D-avksetičnih celičnih struktur, katerih karakteristična lastnost je negativno Poissonovo razmerje. Predstavljeni računski model temelji na energijskem pristopu in sestoji iz določitve števila ciklov za iniciacijo in širjenje poškodbe do končne odpovedi.Raziskovalno delo je obsegalo mehansko karakterizacijo aluminijeve zlitine 5083-H111, razvoj in potrditev računskega modela ter analiziranje avksetičnih celičnih struktur z numeričnim in eksperimentalnim pristopom. Eksperimentalno testiranje aluminijeve zlitine je zajemalo kvazi-statično in dinamično preizkušanje v režimu malocikličnega utrujanja. Dinamični testi so bili izvedeni s kontrolo deformacije pri razmerju deformacije R=-1 in R=0 na različnih nivojih amplitudne deformacije. V nadaljevanju so bili iz eksperimentalnih rezultatov določeni materialne konstante energijskega pristopa (c1, c2, c3 in c4) in materialni parametri konstitutivnega materialnega modela, uporabljenega v računskem modelu, ki je bil zgrajen v programskem paketu Simulia Abaqus. V računskem modelu za napovedovanje življenjske dobe je bil za pospešitev numerične simulacije in izračuna življenjske dobe analiziranih vzorcev uporabljen algoritem neposredne ciklične analize (ang. Direct cyclic analysis), ki je vgrajen v omenjenem programskem paketu. V računskem modelu sta bili najprej analizirani geometriji ploščatega in CT-vzorca, ki sta bili uporabljeni v eksperimentalnih testih mehanske karakterizacije osnovnega materiala. Računski model za napovedovanje življenjske dobe je bil uspešno validiran na podlagi primerjave numeričnih in eksperimentalnih rezultatov ploščatega in CT-vzorca. Validirani računski model je bil v nadaljevanju uporabljen kot osnova za določitev življenjske dobe kiralne in vbočene šestkotne avksetične strukture. V numeričnih analizah je bila življenjska doba avksetične strukture določena z odpovedjo ene izmed celičnih povezav, medtem ko je bila celotna življenjska doba sestavljena iz števila ciklov, potrebnih za iniciacijo in širjenje poškodbe do končne odpovedi. Numerične analize utrujanja avksetičnih vzorcev so bile izvedene s kontrolo deformacije pri R=-1 na različnih nivojih amplitudne deformacije. Izvedeni so bili tudi eksperimentalni testi kiralne in vbočene šestkotne avksetične strukture v režimu malocikličnega utrujanja. Zaradi različne togosti vzorcev so bili eksperimentalni rezultati LCF-testov predstavljeni v treh različnih oblikah vzdržljivostnih krivulj. Iz slednjih je bilo ugotovljeno, da obe avksetični strukturi kljub različni togosti vzorca pri enaki povprečni deformacijski energiji na cikel dosežeta podobno število obremenitvenih ciklov do odpovedi prve celične povezave. Na koncu je bila izvedena primerjava numeričnih in eksperimentalnih rezultatov življenjske dobe kiralne in vbočene šestkotne avksetične strukture. Na podlagi te primerjave lahko zaključimo, da je bil razvit računski model napovedovanja življenjske dobe kiralne in vbočene šestkotne avksetične strukture uspešno verificiran.

08.08.2023