Formulación de un algoritmo eficiente de integración de un modelo de daño isótropo y validación en condiciones dinámicas

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dc.contributor.advisor Miguélez Garrido, María Henar
dc.contributor.author Marino Romero, Javier
dc.date.accessioned 2016-09-26T12:54:08Z
dc.date.available 2016-09-26T12:54:08Z
dc.date.issued 2016-01
dc.date.submitted 2016-02-04
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10016/23640
dc.description.abstract En esta Tesis Doctoral se ha formulado un nuevo algoritmo de integración eficiente para el modelo constitutivo termoviscoplástico completamente acoplado con daño isótropo desarrollado inicialmente por J. Lemaitre y R. Desmorat (32). El modelo constitutivo y el algoritmo de integración tienen en cuenta tanto el endurecimiento isótropo como el cinemático siendo aplicable a condiciones de carga generales (condiciones de carga tridimensionales). Además el modelo constitutivo desarrollado en esta Tesis Doctoral amplía el modelo propuesto por J. Lemaitre y R. Desmorat (32) para incluir condiciones no isotermas aplicadas a las ecuaciones constitutivas de modelos termoviscoplásticos de tipo J2 siguiendo la aproximación establecida por la condición de consistencia para modelos de plasticidad dependientes de la velocidad de deformación. El nuevo procedimiento de integración numérico propuesto conduce a resolver un sistema de sólo tres ecuaciones escalares con tres incógnitas, si se supone un problema adiabático, o un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas en el caso en el que el flujo de calor sea relevante y el campo de temperaturas deba ser calculado mediante el código de elementos finitos utilizado. El algoritmo propuesto requiere la construcción de una matriz Jacobiana de orden 3x3 (o 2x2 dependiendo de la validez de la suposición de problema adiabático), en lugar de la matriz Jacobiana de orden 28x28 propuesta por J. Lemaitre y R. Desmorat (32). El algoritmo desarrollado puede ser directamente aplicable a modelos que consideran simultáneamente el endurecimiento isótropo y el cinemático sin necesidad de incluir el daño. En estos casos el coste computacional del algoritmo propuesto es similar al de aquellos algoritmos basados en el retorno radial que sólo consideran el endurecimiento isótropo. Adicionalmente se formula la expresión del operador tangente consistente con el algoritmo numérico propuesto. Este esquema de integración eficiente se ha implementado en un código comercial de elementos finitos y su validez se ha demostrado con la simulación numérica de ensayos de impacto y al mecanizado a alta velocidad de corte. Dado que el algoritmo propuesto es también válido para modelos constitutivos del material que no incluyan el daño pero si los efectos del endurecimiento isótropo y cinemático, se ha realizado una comparación de los resultados obtenidos aplicando distintos modelos de fallo como son fallo por deformación plástica equivalente constante, fallo por máxima tensión de cortadura, modelo de fallo de Wilkins, modelo de fallo de Johnson - Cook, modelo de fallo de Cockcroft - Latham, modelo de fallo de Xue - Wierzbicki y modelo de fallo por Daño propuesto por J. Lemaitre y R. Desmorat (32).
dc.description.abstract In this Doctoral Thesis has been formulated a new and efficient integration algorithm for the thermoviscoplastic constitutive model fully coupled with isotropic damage developed by J. Lemaitre and R. Desmorat (32). The constitutive model and the integration algorithm takes into account both isotropic and kinematic hardening and it is applicable to general load conditions (three dimensional loading states). Besides the constitutive model developed in this thesis extends the model proposed by J. Lemaitre y R. Desmorat (32) to include non-isothermal conditions applied to J2 type thermoviscoplastic constitutive equations following the consistency condition approach for strain rate dependent plasticity model. The proposed numerical integration procedure leads to solve a system of only three coupled scalar equations with three scalar unknowns, assuming an adiabatic behaviour, or a system of two coupled equations with two scalar unknowns when the heat flux is relevant and the temperature field should be computed by a finite element code. The proposed algorithm requires building a Jacobian matrix of order 3x3 (or 2x2 depending on the validity of adiabatic assumption), instead of the Jacobian matrix of order 28x28 proposed by J. Lemaitre and R. Desmorat (32). The developed algorithm can be directly applicable to constitutive models considering simultaneously isotropic and kinematic hardening without having to include damage. In these cases the computational cost of the proposed algorithm is similar to those algorithms based on the classical return mapping algorithm accounting for isotropic hardening exclusively. Additionally the expression for the tangent consistent operator according to the numerical algorithm proposed is formulated. This efficient numerical integration schema has been implemented in a commercial finite element code and its validity has been demonstrated with numerical simulation of impact tests and high speed machining. Since the proposed algorithm also applies to constitutive models that does not include the damage but the effects of isotropic and kinematic hardening, has been carried out a comparison of the results obtained by applying different models of failure as are failure by constant equivalent plastic strain, maximum shear stress failure, Wilkins failure model, Johnson - Cook failure model, Cockcroft - Latham failure model, Xue - Wierzbicki failure model and damage failure model.
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso spa
dc.rights Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/
dc.subject.other Modelos termoviscoplásticos
dc.subject.other Daño isótropo
dc.subject.other Ecuaciones constitutivas
dc.subject.other Algoritmos de integración eficiente
dc.title Formulación de un algoritmo eficiente de integración de un modelo de daño isótropo y validación en condiciones dinámicas
dc.type doctoralThesis
dc.subject.eciencia Ingeniería Mecánica
dc.rights.accessRights openAccess
dc.description.degree Programa Oficial de Posgrado en Ingeniería Mecánica y de Organización Industrial
dc.description.responsability Presidente: José Fernández Sáez.- Secretario: Naiara Ortega Rodríguez.- Vocal: Carpóforo Vallellano Martín
dc.contributor.departamento Universidad Carlos III de Madrid. Departamento de Ingeniería Mecánica
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