Zastosowanie automatów komórkowych w opisie rozwoju uszkodzeń w warunkach pełzania
Wariant tytułu
Application of cellular automata for description of damage development in creep conditions
Autor
Nowak, Krzysztof
Promotor
prof. dr hab. inż. Marcin Chrzanowski
Data wydania
2009
Wydawca
[s.n.]
Język
polski
Abstrakt
Zjawisko zniszczenia w warunkach pełzania jest opisane przez szereg modeli zarówno makro- jak i mikroskopowych. W pracy przedstawiono najważniejsze z nich, zwracając uwagę na złożoność mechanizmów, które odpowiadają za rozwój uszkodzeń w mikrostrukturze materiału. Ponieważ zjawiska te maja charakter dyskretny, do ich zamodelowania użyto metody automatów komórkowych.
Następnie zaproponowany został algorytm pozwalający na tworzenie dwuwymiarowych struktur opisujących polikrystaliczną budowę materiału za pomocą automatów komórkowych korzystając z dyskretnej wersji teselacji Voronoia. Dla takich struktur zbudowano algorytm pozwalający na modelowanie rozwoju uszkodzeń, uwzględniający deformacyjny i dyfuzyjny charakter tego rozwoju. Reprezentatywny fragment struktury poddano jednokierunkowemu odkształceniu o stałej prędkości. Opisany został wpływ parametrów modelu na postać stanu końcowego. Wyróżniono zniszczenie transkrystaliczne, międzykrystaliczne oraz mieszane.
W celu określenia wpływu zmian struktury materiału na parametry makroskopowe zbudowany został model wieloskalowy przy użyciu technologii CAFE, czyli połączenie metody elementów skończonych z automatami komórkowymi. Otrzymane rezultaty zostały porównane z wynikami doświadczeń dla wybranych materiałów.
The process of creep failure is described by series of macro- and microscopic models. Some of them have been presented in the dissertation, paying attention to complexity of mechanisms responsible for damage development in microstructure of material. As these phenomena are of discrete nature, a discrete tool Cellular Automata (CA) was chosen to their modelling.
Next, a CA algorithm using discrete version of Voronoi tessellation is proposed, allowing for creation of two-dimensional structures describing polycrystalline materials. For such structures another CA algorithm is built to model the process of damage development, taking into account both deformation and diffusion. The Representative Volume Element (RVE) modelled by CA is subjected to one-dimensional tension with constant rate. The influence of model parameters to kind of final failure is characterized. The transgranular, intergranular and mixed failure modes are described.
To examine the values of macroscopic parameters the multiscale model is built using CAFE (Cellular Automata Finite Elements) methodology. Obtained results are compared with experiments for some materials.
