ارائه یک روش تطبیقی جدید بر پایه ترکیب روش پریداینامیک حالت مبنا و روش نقطه-ماده در مدل سازی عددی آسیب فلزات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مکانیک/ دانشگاه فردوسی مشهد

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد

3 دانشگاه فردوسی مشهد*مهندسی مکانیک

چکیده

این پژوهش یک رویکرد جدید برای ترکیب روش پریدینامیک حالت-مبنا و روش نقطه-ماده است که به کمک آن، رفتار الاستوپلاستیک فلزات تحت تغییر شکل‌های بزرگ و نیز مدل‌سازی جوانه زنی و رشد ترک در حالت دو بعدی بررسی می‌شود. در روش پیشنهادی، محاسبه‎ی تغییر شکل‌های بزرگ الاستوپلاستیک در ناحیه نقطه-ماده انجام شده و بخش پریدینامیک به طور خودکار حول نقاطی که پتانسیل شروع و رشد آسیب دارند، ایجاد می‎شود و به صورتی بهینه به همراه نوک ترک تغییر مکان می‌دهد. به این منظور، دامنه مادی ابتدا توسط ذرات روش نقطه-ماده گسسته می‌شود و سپس از طریق یک الگوریتم تطبیقی جدید، ذرات نقطه-ماده به ذرات پریدینامیک تبدیل می شوند تا منطقه‌ی آسیب را در یک رویکرد بهینه و سریع بر اساس فاصله از نوک ترک مدل‌سازی کند. این فرایند به صورت معکوس نیز انجام می‌شود تا نقاط پریدینامیک مجدد به ذرات نقطه-ماده تبدیل شوند. محدود بودن مساحت ناحیه پریدینامیک هنگام رشد ترک و از طرفی استفاده از پریدینامیک حالت-مبنا در کنار مکانیک کلاسیک، مهم‌ترین مزیت این روش است. همچنین عملکرد این روش از طریق مثال‎های عددی ارزیابی و در نهایت از نظر سرعت و دقت با روش‎های عددی مشابه و نتایج آزمایشگاهی مقایسه می‌شود. این رویکرد مزیت قابل توجهی از نظر هزینه‌ی محاسبات و دقت در زمینه مدل‌سازی رفتار فلزات نرم تحت تغییر شکل‌های بزرگ و به دنبال آن شکست ماده، ارائه می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A new hybrid approach based on the state-based peridynamic method and the material point method for numerical modeling of damage in ductile metals

نویسندگان [English]

  • Amin Noorian 1
  • Mahmoud Shariati 2
  • Khalil Farhang Doost 3
1 Ferdowsi University of Mashhad
2 Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad
3 Ferdowsi University of Mashhad
چکیده [English]

This research introduces a new approach that integrates the state-based peridynamic method with the material point method to study the elastoplastic behavior of metals under large deformations and to model crack initiation and growth in a two-dimensional setting. In the proposed method, large elastoplastic deformations are calculated within the material point region, while the peridynamic component is automatically generated around points with potential for damage initiation and growth, optimally relocating along with the crack tip. The material domain is initially discretized using material point method particles. Subsequently, a new adaptive algorithm converts these material point particles into peridynamic particles to efficiently and rapidly model the damage region based on the distance from the crack tip. This process is reversible, allowing peridynamic points to revert to material point particles as needed. The main advantage of this method is the limited area of the peridynamic region during crack growth, coupled with the use of the state-based peridynamic method alongside classical mechanics. The proposed method's performance is evaluated through numerical examples and compared with similar numerical methods and experimental results in terms of speed and accuracy. This approach provides significant benefits in calculation cost and accuracy for modeling the behavior of ductile metals under large deformations and subsequent material failure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • State-based peridynamic method
  • material point method
  • metal damage
  • elastoplastic deformation
  • ductile metal