1. Numerical modeling of strain localization in engineering ductile materials combining cohesive models and X-FEM
- Author
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Jean-Philippe Crété, Jean-Marc Cadou, Johannes Wolf, Patrice Longère, Institut Clément Ader (ICA), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-IMT École nationale supérieure des Mines d'Albi-Carmaux (IMT Mines Albi), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE-SUPAERO), Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL), Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), SUPMECA - Institut supérieur de mécanique de Paris (SUPMECA), Univ. Toulouse, ISAE-Supaéro, Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace ( ISAE-SUPAERO ), Institut de Recherche Dupuy de Lôme ( IRDL ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -ENSTA Bretagne-Université de Brest ( UBO ) -Université de Bretagne Sud ( UBS ), Laboratoire Quartz ( Quartz ), Ecole Nationale Supérieure de l'Electronique et de ses Applications ( ENSEA ) -SUPMECA - Institut supérieur de mécanique de Paris-Ecole Internationale des Sciences du Traitement de l'Information ( EISTI ), Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE-SUPAERO)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT École nationale supérieure des Mines d'Albi-Carmaux (IMT Mines Albi), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire QUARTZ (QUARTZ ), Université Paris 8 Vincennes-Saint-Denis (UP8)-Ecole Nationale Supérieure de l'Electronique et de ses Applications (ENSEA)-SUPMECA - Institut supérieur de mécanique de Paris (SUPMECA)-Ecole Internationale des Sciences du Traitement de l'Information (EISTI), Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE-SUPAERO)-IMT École nationale supérieure des Mines d'Albi-Carmaux (IMT Mines Albi)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-ENSTA Bretagne-Université de Brest (UBO)-Université de Bretagne Sud (UBS), Laboratoire Quartz (Quartz), and Ecole Internationale des Sciences du Traitement de l'Information (EISTI)-Ecole Nationale Supérieure de l'Electronique et de ses Applications (ENSEA)-SUPMECA - Institut supérieur de mécanique de Paris
- Subjects
Materials science ,Ductile materials ,EXtended Finite Element Method ,[SPI.MECA.MSMECA]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Materials and structures in mechanics [physics.class-ph] ,02 engineering and technology ,Cohesive band model ,01 natural sciences ,[SPI]Engineering Sciences [physics] ,Discontinuity (geotechnical engineering) ,0203 mechanical engineering ,General Materials Science ,0101 mathematics ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,Extended finite element method ,business.industry ,Mechanical Engineering ,Fracture mechanics ,Structural engineering ,Ductile failure ,[ SPI.MECA.MSMECA ] Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Materials and structures in mechanics [physics.class-ph] ,Finite element method ,010101 applied mathematics ,Residual strength ,020303 mechanical engineering & transports ,Mechanics of Materials ,Solid mechanics ,Engineering design process ,business ,Strain localization - Abstract
International audience; The present work aims at numerically predicting the current residual strength of large engineering structures made of ductile metals against accidental failure. With this aim in view, the challenge consists in reproducing within a unified finite element-based methodology the successive steps of micro-voiding-induced damage, strain localization and crack propagation, if any. A key ingredient for a predictive ductile fracture model is the proper numerical treatment of the critical transition phase of damage-induced strain localization inside a narrow band. For this purpose, the strong discontinuity cohesive model and the eXtended Finite Element Method are combined. A propagation algorithm is proposed and studied in the context of ductile materials. Physics-motivated criteria to pass from the phase of more or less diffuse damage to strain localization and from strain localization to crack propoagation are proposed. Finally, a 2D numerical example is shown to study the performance of the failure analysis model when implemented into an engineering finite element computation code, namely Abaqus.
- Published
- 2018
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