بررسی تجربی و شبیه‌سازی عددی شکست نرم در نمونه‌های کششی با به‌کارگیری مدل آسیب میکرومکانیکی جی‌تی‌ان

مطالعه حاضر به بررسی تجربی و عددی نمونه‌های کششی برای مطالعه و شناسایی مکانیزم شکست نرم تحت حالت‌های مختلف تنش می‌پردازد. مدل جی‌تی‌ان که یک مدل آسیب میکرومکانیکی است، برای شبیه‌سازی‌های عددی استفاده شده ‌است. پارامترهای مرتبط با این مدل برای فولاد اس‌تی‌12 با استفاده از روش سطح پاسخ (rsm) با حداقل اختلاف بین نتایج عددی و تجربی آزمون کشش بر روی نمونه استاندارد تعیین شدند. پارامترهای مربوط به حفره در مدل جی‌تی‌ان به‌ترتیب 0/00107، 0/00716، 0/01 و 0/15 برای ff, fc, fn, f0, تعیین شدند. پس از کالیبراسیون مدل آسیب برای ماده مورد مطالعه، آزمون‌های کشش بر روی نمونه‌های کششی با هندسه‌های مختلف انجام شدند. بررسی شکست‌نگاری برای فهم مکانیزم شکست نرم تحت طیف گسترده‌ای از حالت‌های تنش انجام و دو مکانیزم شکست شناسایی شد. مدل آسیب کالیبره‌شده، برای شبیه‌سازی المان محدود نمونه‌های کششی به‌منظور مطالعه عددی مکانیزم‌های شکست مشاهده‌شده در آزمون‌های تجربی استفاده شد. نتایج عددی استخراج‌شده مطابقت خوبی با مشاهدات تجربی داشت، به‌طوری که نمودار نیرو جابه‌جایی حاشیه خطا حدود 5% را نشان می‌دهد. محل شروع شکست، جهت رشد ترک و مقدار جابه‌جایی در نقطه شکست در مطالعات عددی نیز نشان‌دهنده مطابقت نزدیک با آزمایشات تجربی بود.

Experimental Study and Numerical Simulation of Ductile Fracture on In-Situ Tensile Specimens Using GTN Micromechanical Damage Model

The present study is devoted to experimental and numerical investigation of insitu tensile tests to recognize the mechanisms of ductile fracture under different stress states. The GTN model, which is a micromechanical based damage model, has used for numerical simulations. The parameters related to this model for St12 steel were identified by response surface method (RSM) through minimizing the difference between numerical and experimental results of the tensile test on a standard specimen. The void related parameters of GTN model were determined 0.00107, 0.00716, 0.01, and 0.15 for ff, fc, fN, f0, respectively. After calibrating the damage model for the studied material, the tensile tests were carried out on the insitu specimens with different geometries. The fractographic analysis was performed to identify the ductile fracture under a wide range of stress states and two failure mechanisms were observed. The calibrated damage model was applied to FE simulations of insitu tensile specimens for numerical study of the experimentally observed fracture phenomenon. The extracted numerical results showed a good agreement with experimental observations comparing loaddisplacement plots with a margin of error within 5%. The location of fracture initiation, crack growth orientation, and the displacement at fracture zone in numerical studies also showed close correspondence with experiments.