OOFEM: Implementace plasticitního materiálového modelu Cam-Clay. Ondřej Faltus, ZS 2016/17 Vyučující: Ing. Martin Horák, PhD.

Podobné dokumenty
Nejpoužívanější podmínky plasticity

Nelineární problémy a MKP

Kontraktantní/dilatantní

Nejpoužívanější podmínky plasticity

MECHANIKA PODZEMNÍCH KONSTRUKCÍ PODMÍNKY PLASTICITY A PORUŠENÍ

ČVUT UPM 6/2013. Eliška Bartůňková

Porušení hornin. J. Pruška MH 7. přednáška 1

Typy nelinearit. jen v tahu (jen v tlaku), pružnost, plasticita, lomová mechanika,... ), geometrická nelinearita velká posunutí, pootočení.

Pružné oblasti (oblasti bez plasticity) Program: MKP

TENSOR NAPĚTÍ A DEFORMACE. Obrázek 1: Volba souřadnicového systému

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

Metoda konečných prvků Základy konstitutivního modelování (výuková prezentace pro 1. ročník navazujícího studijního oboru Geotechnika)

Inkrementální teorie plasticity - shrnutí

Analýza napjatosti PLASTICITA

Dokumentace programu ParamSeeker 1.0

Přehled modelů cyklické plasticity v MKP programech

Přetváření a porušování materiálů

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

( ) Podmínka plasticity: σ σ 0. Podmínky plasticity. Podmínky plasticity. Podmínky plasticity. = σ = σ. f σ σ σ

Téma 2 Napětí a přetvoření

PLASTICITA A CREEP PLASTICITA IV

Nespojitá vlákna. Technická univerzita v Liberci kompozitní materiály 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

Výpočet sedání terénu od pásového přitížení

Nauka o materiálu. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

Obecný Hookeův zákon a rovinná napjatost

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.9 Plasticita a creep

DVA ZÁKLADNÍ PROBLÉMY PLASTICITY KOVŮ

7 Lineární elasticita

KONSTITUČNÍ VZTAHY. 1. Tahová zkouška

Nespojitá vlákna. Nanokompozity

Lineární stabilita a teorie II. řádu

b) Křehká pevnost 2. Podmínka max τ v Heigově diagramu a) Křehké pevnosti

Statika 2. Vybrané partie z plasticity. Miroslav Vokáč 2. prosince ČVUT v Praze, Fakulta architektury.

PARAMETRY - LABORATORNÍ ZKOUŠKY TUHOST ZEMIN. Vybrané kapitoly z geotechniky (VKG) VKG: Parametry... tuhost zemin /29

Lokalizační vlastnosti modelů poškození. Martin Horák

Mechanika hornin. Přednáška 5. Napětí, deformace a numerické modelování horninového masivu

FAKULTA STAVEBNÍ NELINEÁRNÍ MECHANIKA. Telefon: WWW:

Mechanické vlastnosti technických materiálů a jejich měření. Metody charakterizace nanomateriálů 1

Posouzení stability svahu

Pružnost a pevnost. 6. přednáška 7. a 14. listopadu 2017

PRUŽNOST A PEVNOST II

OTÁZKY K PROCVIČOVÁNÍ PRUŽNOST A PLASTICITA II - DD6

TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE

Jednoosá tahová zkouška betonářské oceli

Jednoosá tahová zkouška betonářské oceli

Pružnost a pevnost (132PRPE) Písemná část závěrečné zkoušky vzorové otázky a příklady. Část 1 - Test

Reologické modely technických materiálů při prostém tahu a tlaku

Nelineární analýza materiálů a konstrukcí (V-132YNAK) Přednáška 2 Princip metody konečných prvků

Pružnost a plasticita II CD03

PRUŽNOST A PLASTICITA I

Vzpěr, mezní stav stability, pevnostní podmínky pro tlak, nepružný a pružný vzpěr Ing. Jaroslav Svoboda

LOGO. Struktura a vlastnosti pevných látek

Druhy plošných základů

Houževnatost. i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie)

10. Elasto-plastická lomová mechanika

Mechanika zemin I 4 Stlačitelnost

Zde je uveden abecední seznam důležitých pojmů interaktivního učebního textu

Pružnost, pevnost, plasticita

5. Únava Zatížení při únavě, Wöhlerův přístup a lomová mechanika, únosnost, vliv vrubů, kumulace poškození, přístup podle Eurokódu.

Prvky betonových konstrukcí BL01 3. přednáška

2.2 Mezní stav pružnosti Mezní stav deformační stability Mezní stav porušení Prvek tělesa a napětí v řezu... p03 3.

Prvky betonových konstrukcí BL01 3. přednáška

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ

Martin NESLÁDEK. 14. listopadu 2017

Přednáška 08. Obecná trojosá napjatost

Základy matematické teorie pružnosti Tenzor napětí a tenzor deformace Statické (Cauchyho) rovnice. Geometrické rovnice

3.2 Základy pevnosti materiálu. Ing. Pavel Bělov

Cvičení 1. Napjatost v bodě tělesa Hlavní napětí Mezní podmínky ve víceosé napjatosti

Princip gradientních optimalizačních metod

8. Základy lomové mechaniky. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

Namáhání ostění kolektoru

A mez úměrnosti B mez pružnosti C mez kluzu (plasticity) P vznik krčku na zkušebním vzorku, smluvní mez pevnosti σ p D přetržení zkušebního vzorku

Nelineární úlohy při výpočtu konstrukcí s využitím MKP

7. Základní formulace lineární PP

Aproximace posuvů [ N ],[G] Pro každý prvek se musí nalézt vztahy

MECHANIKAPODZEMNÍCH KONSTRUKCÍ KLASIFIKACE VÝPOČETNÍCH METOD STABILITY A ZATÍŽENÍ OSTĚNÍ

16. Matematický popis napjatosti

VYHODNOCENÍ LABORATORNÍCH ZKOUŠEK

CAD/CAE. Fyzikální model. (fyzikální podstata problémů, počáteční a okrajové podmínky, materiálové modely)

12. Prostý krut Definice

POČÍTAČOVÉ MODELOVÁNÍ NELINEÁRNÍCH PROBLÉMŮ ANSYS WORKBENCH

Mechanika s Inventorem

Smyková pevnost zemin

Plastická deformace a pevnost

Pružnost, pevnost, tvrdost, houževnatost. Jaký je v tom rozdíl?

Zaklady inkrementální teorie plasticity Teoretický základ

Rozdíly mezi MKP a MHP, oblasti jejich využití.

AVDAT Nelineární regresní model

Náhradní ohybová tuhost nosníku

Mechanika zemin a zakládání staveb, 2 ročník bakalářského studia. Zemní tlaky

Dynamická pevnost a životnost Přednášky

tuhost, elasticita, tvrdost, relaxace a creep, únava materiálu, reologické modely, zátěž a namáhání

CITLIVOST FYZIKÁLNĚ NELINEÁRNÍHO VÝPOČTU NA MATERIÁLOVÝ. Abstrakt. 1 Úvod

METODIKA VÝPOČTU NÁHRADNÍ TUHOSTI NOSNÍKU.

Pružnost a pevnost. zimní semestr 2013/14

Pružnost a pevnost I

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

Pružnost a pevnost (132PRPE), paralelka J2/1 (ZS 2015/2016) Písemná část závěrečné zkoušky vzorové otázky a příklady.

Pružnoplastická analýza

Konsolidace zemin Stlačení vrstev zeminy je způsobené změnou napětí v zemině např. vnesením vnějšího zatížení do zeminy

Transkript:

OOFEM: Implementace plasticitního materiálového modelu Cam-Clay Ondřej Faltus, ZS 2016/17 Vyučující: Ing. Martin Horák, PhD.

Teorie plasticity

Pružnoplastické chování Princip: materiál se chová elasticky dokud napětí nedosáhne určité hodnoty, poté dochází k plastizaci Ideálně pružnoplastický model: předpoklady Napětí je dáno vztahem σ = Eε e Po překroční meze plasticity σ 0 dochází k plastizaci a ε pl roste nade všechny meze, zatímco se napětí nemění

Pružnoplastické chování Toto lze popsat třemi základními vztahy: Podmínka plastické přípustnosti: Zákon plastického přetváření: Podmínka komplementarity:

Zákony plasticity ve 3D (víceosá napjatost) Složitější situace lineární problém přechází na prostorový Funkce plasticity zde neudává jen body na ose, ale celý povrch v prostoru napětí Veličiny napětí a deformace přecházejí na veličiny tenzorové Různé podmínky plasticity (materiálové modely) Volumetrická vs deviatorická deformace Hydrostatické vs deviatorické napětí

Pružné chování zobecněný Hookův zákon Jednotlivé osy napjatosti se navzájem ovlivňují E, G, ν materiálové konstanty Matice pružné tuhosti: ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν ν

Základní vztahy pro plasticitu při víceosé napjatosti Toto lze popsat třemi základními vztahy: Podmínka plastické přípustnosti zůstává (bude se lišit tvar funkce plasticity): Zákon plastického přetváření - obecně: Podmínka komplementarity též zůstává:

Zákon plastického přetváření Rychlost deformace jako taková je stále dána společným násobitelem Plastický gradient je tenzor závislý na stavu napjatosti, udávající poměr rychlostí deformace v jednotlivých směrech Sdružený zákon plastického přetváření = princip, používaný u některých materiálových modelů, že (gradient funkce plasticity)

Materiálové modely Nemožnost jednotně popsat chování různých materiálů Různé materiálové modely teoretické představy o plasticitním chování Liší se tvarem funkce plasticity a sdružeností zákona plastického přetváření (u nesdružených třeba jinak definovat funkci ) Tvary funkcí, popř. lze upravovat ke konkrétnímu používání empiricky pomocí škálování určitých koeficientů na základě zkoušek materiálu Např. modely Von Misesův, Drucker-Pragerův apod.

Modifikovaný Cam-Clay model

Základní údaje Používán pro popis chování zemin Vyvinut v 50. až 60. letech 20. století na univerzitě v Cambridge prací prof. K. H. Roscoea a J. Burlanda Upravuje původní model Cam-Clay tak, aby jeho funkce plasticity měla eliptický tvar -> jednoduchost numerické implementace

Parametry modelu Nelineární elasticita Zpevnění Funkce plasticity:,kde

Parametry modelu Sdružený zákon plastického přetváření, tj.: = σ =

Parametry modelu Zpevňování/změkčování, tj. princip, že hodnota funkce plasticity se v průběhu zatěžování vyvíjí Zde vyjádřeno proměnnou hodnotou parametru

Algoritmus pro numerický výpočet

Používané algoritmy Metoda konečných prvků Plasticita se řeší na úrovni jednoho prvku návrat na plochu plasticity

Návrat na plochu plasticity Předepisovaná deformace v pseudočasových krocích Idea: dva kroky 1) elastická predikce

Návrat na plochu plasticity 2) plastická korekce = vrácení stavu napjatosti do přípustných hodnot

Metoda projekce na nejbližší bod Iterační metoda řešení problému z předchozí strany Algoritmus popsán v SIMO, J. C. a Thomas J. R. HUGHES. Computational inelasticity. New York: Springer, c1998. ISBN 0-387- 97520-9 (obrázek také převzat) V současné době varianta pro dokonalou plasticitu

Metoda projekce na nejbližší bod

Metoda projekce na nejbližší bod

Konkrétně pro model Cam-Clay

Implementace do programu OOFEM

OOFEM SW pro konečné prvky C++ Můj úkol = materiálový model Cam-Cay Objektová struktura programu -> vše soustředěno v jedné třídě CamClayMat v jednom souboru camclaymat.c Jednoduchá integrace se zbytkem Metoda performplasticityreturn() a další

performplasticityreturn() Funkce, která provádí celý algoritmus (prediktor+korektor) Argumenty: GaussPoint, nový program pro daný bod pamatuje, timestep, ostatní si Využívá funkce již obsažené v programu OOFEM (především pro maticové operace) Na konci zpracuje výsledky

performplasticityreturn()

performplasticityreturn()

performplasticityreturn()

Další funkce giveyieldvalueatstress() jednoduchá funkce pro vyhodnocení funkce plasticity v daném napjatostním stavu giveplasticitygradientatstress() podobné, ale vrací hodnotu (sdružený zákon -> je to derivace) giveyieldfunctiondoublederivative() tato hodnota kupodivu nezávisí na napětí viz výše

Funkce zůstávající k implementaci give3dmaterialstiffnessmatrix() tato funkce nyní vrací elastickou matici pro splnění předpokladu nelineární elasticity by měla vracet tečnou matici, případně elastoplastickou v případě že materiál již plastizuje Úprava algoritmu v performplasticityreturn() tak aby zohlednil zpevnění

Demonstrace správnosti plochy plasticity Zkušební vstupní soubor s jedním MKP prvkem předepisovány deformace ve dvou směrech Předepsání různých poměrů deformací různé hodnoty p, q vzniklých napětí Zobrazení vypočtených napětí v plastických stavech v prostoru p,q a porovnání s teoretickou elipsou plasticity dle parametrů modelu

Výsledek q Body napětí v prostoru p,q 80,00000 Body plastizace 60,00000 přímka kritického stavu Elipsa (kladná část) 40,00000 Elipsa (záporná část) 20,00000 0,00000 0,00000 2,00000 4,00000 6,00000 8,00000 10,00000 12,00000-20,00000-40,00000-60,00000 p

Děkuji za pozornost