A two characteristic length nonlocal GTN model: application to cup-cone and slant fracture - ParisTech Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Mechanics of Materials Année : 2022

A two characteristic length nonlocal GTN model: application to cup-cone and slant fracture

Un modèle GTN non local à deux longueurs caractéristiques: application à la rupture en cône-cuvette et à la fissuration en biseau

Résumé

Ductile failure prediction is essential to avoid integrity loss for structures or to control crack propagation during forming process. One of the main difficulties is the prediction of complex crack paths. This study proposes a non local extension of a local Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) ductile damage model at finite strains able to capture cup-cone or slant fracture. The proposed model is based on an implicit gradient formulation which enables to solve the problem of spurious strain and damage localization. The model integrates two different material characteristic lengths which are used to separately regularize damage by void growth and damage by void nucleation. After parameter fitting based for a pipe line steel, conditions to obtain converged solutions are studied which can be used to select the mesh size in the localization band. With the appropriate mesh design, it has been possible to study the effect of the values of the characteristic lengths on the formation of cup-cone fracture and slant fracture. It is observed that, for a given specimen size, larger characteristic lenghts favor flat crack advance. By the same token, for given material lengths, size effects can be predicted with small specimens being more prone to flat fracture. This paves the way to a more direct determination of material lengths by using homothetic specimens so as to obtain different crack paths.
La prédiction de la rupture ductile est essentielle pour éviter la perte d'intégrité des structures ou pour contrôler la propagation des fissures pendant le processus de formage. L'une des principales difficultés est la prédiction de chemins de fissures complexes. Cette étude propose une extension non locale d'un modèle local d'endommagement ductile de type Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) en grandes transformations, capable de capturer la rupture en forme de cône-cuvette ou la fissuration en biseau. Le modèle proposé est basé sur une formulation de gradient implicite qui permet de résoudre le problème de localisation parasite des déformations et de l'endommagement. Le modèle introduit deux longueurs caractéristiques du matériau différentes qui sont utilisées pour régulariser séparément l'endommagement par croissance des cavités et l'endommagement par germination des cavités. Après un ajustement des paramètres s'appuyant pour de l'acier de pipeline, les conditions pour obtenir des solutions convergentes sont étudiées, ce qui peut être utilisé pour sélectionner la taille de la maille dans la bande de localisation. Avec le maillage approprié, il a été possible d'étudier l'effet des valeurs des longueurs caractéristiques sur la possibilité d'une rupture en cône-cuvette et en biseau. On observe que, pour une taille d'éprouvette donnée, des longueurs caractéristiques plus grandes favorisent l'avancée de la fissure plate. De même, pour des longueurs caractéristiques données, les effets de taille peuvent être prédits, les petites éprouvettes étant plus favorables pour une fissure plate. Cela ouvre la voie à une détermination plus directe des longueurs caractéristique en utilisant des éprouvettes homothétiques de manière à obtenir différents chemins de fissure.
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Dates et versions

hal-03496976 , version 1 (20-12-2021)
hal-03496976 , version 2 (05-12-2022)

Identifiants

Citer

Amar El Ouazani Tuham, Sylvia Feld-Payet, Stéphane Quilici, Nikolay Osipov, Jacques Besson. A two characteristic length nonlocal GTN model: application to cup-cone and slant fracture. Mechanics of Materials, 2022, 171, pp.104350. ⟨10.1016/j.mechmat.2022.104350⟩. ⟨hal-03496976v2⟩
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