Simulation of ductile failure over long distances with a non–local GTN model
Simulation de la rupture ductile sur de longues distances avec un modèle GTN non local
Résumé
The prediction of damage development under hypothetical accidental loading constitutes a major stake to guarantee the safety of industrial installations: nuclear power-plants, pipelines, etc. It is then important to correctly predict crack initiation and propagation. The aim of this work is to develop and implement a reliable and efficient strategy to predict crack initiation and propagation over long distances using the Finite element Method (FEM) in the scope of local approach ro failure. The first part of the thesis consists in developing a mesh objective GTN damage model adapted for metals such as construction steels. To do so an implicit gradient nonlocal model with two internal length scales was developed and implemented in the Z-set software. The two internal length scales model is tailored to represent both damage mechanisms active in steels: (i) void nucleation on strengthening particles, (ii) void growth. However, the use of nonlocal models is limited by the computational cost, especially for long distance propagation computations, due to the fine discretization needed in the localization band. This problem is addressed by using mesh adaption. Same stress-strain curves and crack–paths were obtained using mesh adaption in comparison to fixed mesh simulation with 20 times fewer DOFs. In addition, a continuous–discontinuous approach is adopted to accurately represent the kinematics of the crack propagation (i.e. displacement jumps). This new approach is applied to an existing experimental database, and good agreement between simulations and experiments is found.
La prédiction de l’endommagement sous des chargements accidentels constitue un enjeu majeur pour garantir la sécurité des installations industrielles : centrales nucléaires, pipelines, etc. Il est alors important de prédire correctement l’initiation et la propagation des fissures. L’objectif de ce travail est de développer une stratégie fiable et efficace pour prédire l’initiation et la propagation des fissures sur de longues distances en utilisant la méthode des éléments finis (FEM) dans le cadre d’une approche locale. La première partie de la thèse consiste à développer un modèle d’endommagement indépendant du maillage et adapté aux métaux tels que les aciers de construction. Pour ce faire, un modèle GTN non local à gradient implicite avec deux longueurs internes a été développé et implémenté dans le logiciel Z–set. Ce modèle est adapté pour représenter les deux mécanismes d’endommagement actifs dans les aciers : (i) la nucleation, (ii) la croissance des cavités. Cependant, l’utilisation de modèles non locaux est limitée par le coût de calcul, en cas des discrétisations fines d’un long chemin de fissure. Ce problème est abordé en utilisant des techniques de remaillage. Les mêmes courbes de contrainte–déformation et les mêmes trajets de fissure ont été obtenus en utilisant le remaillage par rapport à la simulation à maillage fixe avec 20 fois moins de DDLs. En outre, une approche continue–discontinue est adoptée pour représenter avec précision la cinématique de la propagation de la fissure. Cette nouvelle approche est appliquée à une base de données expérimentale existante, et un bon accord entre les simulations et les expériences est trouvé.
Origine : Version validée par le jury (STAR)