haku: @keyword FEM / yhteensä: 110
viite: 8 / 110
| Tekijä: | Rytömaa, Samuli |
| Työn nimi: | A study on extrinsic cohesive elements for cohesive fracture modelling |
| Tutkimus ekstrinsisten koheesioelementtien käyttöön koheesiivisessa murtumassa | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2016 |
| Sivut: | (5) + 66 s. + liitt. 5 Kieli: eng |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Insinööritieteiden korkeakoulu |
| Oppiaine: | Teknillinen mekaniikka (K3006) |
| Valvoja: | Polojärvi, Arttu |
| Ohjaaja: | Polojärvi, Arttu |
| Elektroninen julkaisu: | http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201609224210 |
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 4517 | Arkisto |
| Avainsanat: | Cohesive element Cohesive fracture Sea ice Finite-element method FEM koheesioelementti koheesiivinen murtuma merijää elementtimenetelmä |
| Tiivistelmä (fin): | Jään kaltaisten kvasihauraiden materiaalien murtumista voidaan mallintaa koheesiivista särömallia käyttäen. Malli voidaan liittää osaksi elementti-menetelmää käyttäen koheesiivisia elementtejä, jotka voidaan jakaa intrinsisiin ja ekstrinsisisiin malleihin. Ekstrinsinen malli soveltuu paremmin jään murtumisen kaltaisiin tapauksiin, jossa särön kulkureittiä ei tiedetä etukäteen. Yksi tällainen sovelluskohde on jään ja rakenteen välisen vuorovaikutuksen mallintaminen, jossa jäälautta murtuu meriteknistä rakennetta vasten. Tässä työssä tutkitaan koheesiivisten elementtien käyttöä. Työ sisältää kattavan kirjallisuuskatsauksen koheesiivisen murtuman mallintamisesta ja koheesiivisten elementtien käytöstä. Työn laskennallisessa osiossa kehitetään ekstrinsinen koheesiivinen murtumismalli merijäälle, jota voidaan käyttää jään ja rakenteen välisen vuorovaikutuksen mallintamisessa. Malli perustuu aiemmassa tutkimuksessa kehitettyyn murtumismalliin jota myös käytetään jään ja rakenteen vuorovaikutuksen simuloinnissa. Tässä työssä tutkitaan myös koheesiivisen murtuman mallintamista kaupallisella Abaqus-elementtimenetelmäohjelmistolla vaihtoehtona itse tehdyille laskenta-malleille. Tällä hetkellä Abaqus sisältää ainoastaan intrinsisiä elementtejä, mutta ekstrinsisiä elementtejä voidaan lisätä käyttäjän itse tekemillä elementeillä. Omien elementtien kehittäminen on kuitenkin haastavaa ja aikaa vievää. Tutkimuksen tuloksena todetaan ettei Abaqus ole käyttökelpoinen vaihtoehto jään ja rakenteen välisen vuorovaikutuksen simuloinnissa. Työn tuloksena kehitettiin paranneltu versio kaksiulotteisesta koheesiivisesta särömallista, joka toimii alkuperäistä mallia paremmin leikkaussuuntaisissa kuormitustapauksissa. Mallien toimintaa verrattiin MATLAB ohjelmistolla toteutetuilla testeillä. Uusi malli toimii alkuperäistä mallia paremmin leikkaus-kuormitustapauksissa, ja pärjäten yhtä hyvin vetokuormitustapauksissa. |
| Tiivistelmä (eng): | Fracture of quasi-brittle materials such as sea ice can be simulated using cohesive crack model. The model can be applied to finite-element method using cohesive elements, which can be divided into intrinsic and extrinsic types. Extrinsic type elements are better suited for simulations where the crack path is not known. One such application is ice-structure interaction simulation, where intact ice sheet breaks against an offshore structure. In this work the use of cohesive elements is studied, with focus in fracture of sea ice. A state-of-the-art review on cohesive fracture modelling and cohesive elements is conducted. As a computational part extrinsic cohesive fracture model for sea ice is developed for use in ice-structure interaction simulations. The model is based on earlier fracture model used in simulations of ice-structure interaction. This thesis also includes a study on cohesive fracture modelling using commercial finite-element software Abaqus as an alternative for in-house created codes. At the time Abaqus only includes intrinsic elements, but extrinsic element could be added as user-created element. Creating such elements is challenging and time-consuming, and the study results in Abaqus not being a feasible alternative for ice-structure interaction simulation. As a result of this work an improved version of the 2-D cohesive crack model is created. The model improves on the original model by in shear dominated cases. Wide variety of tests were conducted using MATLAB to compare the performance between the two models. The new model is found to be better compared to the original model in shear dominated cases, while performing equally well in tensile cases. |
| ED: | 2016-09-25 |
INSSI tietueen numero: 54443
+ lisää koriin
INSSI