This paper presents a micro-mechanical model of ductile fracture for the API X65 steel using the Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) model. Experimental tests and FE damage simulations using the GTN model are performed for smooth and notched tensile bars, from which the parameters in the GTN model are calibrated. As application, the developed GTN model is applied to simulate small-sized, single-edge-cracked tensile and bend bars, via three-dimensional FE damage analyses. Comparison of FE damage analysis results with experimental test data shows overall good agreements.
Kim, S.W.;Kwon, Y.C.;Kwon, Y.N.;Lee, Y.S.;Lee, J.H.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2006.05a
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pp.254-257
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2006
In the last few years, ductile fracture criteria based on various hypotheses have been developed and utilized with FEM to predict forming failure. The accurate deformation analysis by the FEM and the decision of damage parameters are the most important factors in these approaches. In this paper, several conventional integral forms of fracture criteria were introduced and the test method to determine damage parameters by using notched specimen was suggested. Based on the results, damage parameters obtained under the different stress system (tensile and compression) are compared and analyzed.
This paper presents a numerical method to simulate ductile tearing in cracked components under high strain rates using finite element damage analysis. The strain rate dependence on tensile properties and multiaxial fracture strain is characterized by the model developed by Johnson and Cook. The damage model is then defined based on the ductility exhaustion concept using the strain rate dependent multiaxial fracture strain concept. The proposed model is applied to simulate previously published three cracked pipe bending test results under two different test speed conditions. Simulated results show overall good agreement with experimental results.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2003.10a
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pp.291-295
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2003
The occurrence of ductile fracture is the working limit of many metal forming processes. It is necessary to predict the criteria and to apply the condition in a process design. Over the years. the way for clarifying conditions have been studied and presented. However such a way needs lots of experiments and analysis. In this study, in order to determine the critical damage value of a used material Cu 4N, it was performed a tensile test and FEM analysis by using DEFORM 2D. For applying the obtained critical damage value it was also performed a upsetting test by using DEFORM 2D. The way of determining a critical damage value which is presented in this study will make possible to find easily it which is one of the working limit factor. And the way of determining a critical damage value will make possible to find in multi-pass drawing process.
The inclusion of a ductile steel bracing as means of repairing an earthquake-damaged bridge bent is evaluated and experimentally assessed for the purposes of restoring the damaged bent's strength and stiffness and further improving the energy dissipation capacity. The study is focused on substandard reinforced concrete multi-column bridge bents constructed in the 1950 to mid-1970 in the United States. These types of bents have numerous deficiencies making them susceptible to seismic damage. Large-scale experiments were used on a two-column reinforced concrete bent to impose considerable damage of the bent through increasing amplitude cyclic deformations. The damaged bent was then repaired by installing a ductile fuse steel brace in the form of a buckling-restrained brace in a diagonal configuration between the columns and using post-tensioned rods to strengthen the cap beam. The brace was secured to the bent using steel gusset plate brackets and post-installed adhesive anchors. The repaired bent was then subjected to increasing amplitude cyclic deformations to reassess the bent performance. A subassemblage test of a nominally identical steel brace was also conducted in an effort to quantify and isolate the ductile fuse behavior. The experimental data from these large-scale experiments were analyzed in terms of the hysteretic response, observed damage, internal member loads, as well as the overall stiffness and energy dissipation characteristics. The results of this study demonstrated the effectiveness of utilizing ductile steel bracing for restoring the bent and preventing further damage to the columns and cap beams while also improving the stiffness and energy dissipation characteristics.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.4
s.247
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pp.393-401
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2006
The influences of stress triaxiality on ductile fracture have been investigated for various specimens and structures. With respect to a transferability issue, recently, the interests on local approaches reflecting micromechanical specifics are increased again due to rapid progress of computational environments. In this paper, the applicability of the local approaches has been examined through a series of finite element analyses incorporating modified GTN and Rousselier models as well as fracture toughness tests. The ductile crack growth of nuclear carbon steels is assessed to verify the transferability among compact tension (CT) specimens with different in-plane size. At first, the basic material constants were calibrated for standard CT specimens and used to predict fracture resistance (J-R) curves of larger CT specimens. Then, the in-plane size effects were examined by comparing the numerically estimated J-R curves with the experimentally determined ones. The assessment results showed that the in-plane size effect should be considered for realistic engineering application and the damage models might be used as useful tool for ductile fracture evaluation.
Ductile fracture prediction is critical for the reasonable damage extent assessment of ships and offshore structures subjected to accidental loads, such as ship collisions and groundings. A fracture model combining the Hosford-Coulomb ductile fracture model with the domain of solid-to-shell equivalence model (HC-SDDE), was used in fracture simulations based on shell elements for the punching fracture experiments of unstiffened and stiffened panels. The flow stress and ductile fracture characteristics of JIS G3131 SPHC steel were identified through tension tests for flat bar, notched tension bar, central hole tension bar, plane strain tension bar, and pure shear bar specimens. Punching fracture tests for unstiffened and stiffened panels are conducted to validate the presented HC-DSSE model. The calibrated fracture model is implemented in a user-defined material subroutine. The force-indentation curves and final damage extents obtained from the simulations are compared with experimental results. The HC-DSSE fracture model provides reasonable estimations in terms of force-indentation paths and residual damage extents.
The forming failure of AZ31 alloy sheet during deep drawing processes was predicted by the FEM and ductile fracture criteria. Uniaxial tensile tests of round-notched specimens and FE simulations were performed to calculate the critical damage values for three ductile fracture criteria. The critical damage values for each criterion were expressed as a function of strain rate at various temperatures. In order to determine the best criterion for failure prediction, Erichsen cupping test under isothermal conditions at $250^{\circ}C$ were conducted. Based on the plastic deformation histories obtained from the FE analysis of the Erichsen cupping tests and the critical damage value curves, the initiation time and location of fracture were predicted under bi-axial tension deformation. The results indicate that the Cockcroft-Latham criterion had good agreement with the experimental data. In addition, the FE analysis combined with the criterion was applied to another deep drawing process using an irregular shaped blank and these additional results were verified with experimental tests.
Park, Sung-Ju;Lee, Kangsu;Cerik, Burak Can;Choung, Joonmo
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.33
no.3
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pp.259-271
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2019
It is important to obtain reasonable predictions of the extent of the damage during maritime accidents such as ship collisions and groundings. Many fracture models based on different mechanical backgrounds have been proposed and can be used to estimate the extent of damage involving ductile fracture. The goal of this study was to compare the damage extents provided by some selected fracture models. Instead of performing a new series of material constant calibration tests, the fracture test results for the ship building steel EH36 obtained by Park et al. (2019) were used which included specimens with different geometries such as central hole, pure shear, and notched tensile specimens. The test results were compared with seven ductile fracture surfaces: Johnson-Cook, Cockcroft-Latham-Oh, Bai-Wierzbicki, Modified Mohr-Coulomb, Lou-Huh, Maximum shear stress, and Hosford-Coulomb. The linear damage accumulation law was applied to consider the effect of the loading path on each fracture surface. The Swift-Voce combined constitutive model was used to accurately define the flow stress in a large strain region. The reliability of these simulations was verified by the good agreement between the axial tension force elongation relations captured from the tests and simulations without fracture assignment. The material constants corresponding to each fracture surface were calibrated using an optimization technique with the minimized object function of the residual sum of errors between the simulated and predicted stress triaxiality and load angle parameter values to fracture initiation. The reliabilities of the calibrated material constants of B-W, MMC, L-H, and HC were the best, whereas there was a high residual sum of errors in the case of the MMS, C-L-O, and J-C models. The most accurate fracture predictions for the fracture specimens were made by the B-W, MMC, L-H, and HC models.
The purpose of this work is to predict ductile fracture of structural steel under extremely low cyclic loading experienced in earthquake. A cumulative damage model is proposed on the basis of an existing damage model originally aiming to predict fracture under monotonic loading. The cumulative damage model assumes that damage does not grow when stress triaxiality is below a threshold and fracture occurs when accumulated damage reach unit. The model was implemented in ABAQUS software. The cumulative damage model parameters for steel base metal, weld metal and heat affected zone were calibrated, respectively, through testing and finite element analyses of notched coupon specimens. The damage evolution law in the notched coupon specimens under different loads was compared. Finally, in order to examine the engineering applicability of the proposed model, the fracture performance of beam-column welded joints reported by previous researches was analyzed based on the cumulative damage model. The analysis results show that the cumulative damage model is able to successfully predict the cracking location, fracture process, the crack initiation life, and the total fatigue life of the joints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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