Dissertations / Theses on the topic 'Peridynamics'
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Degl'Incerti, Tocci Corrado. "Analysis of Composites using Peridynamics." Thesis, Virginia Tech, 2014. http://hdl.handle.net/10919/25351.
Full textMaster of Science
Diyaroglu, Cagan. "Peridynamics and its applications in marine structures." Thesis, University of Strathclyde, 2016. http://oleg.lib.strath.ac.uk:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=26573.
Full textOterkus, Selda. "Peridynamics For The Solution Of Multiphysics Problems." Diss., The University of Arizona, 2015. http://hdl.handle.net/10150/555945.
Full textBazazzadeh, Soheil. "Discontinuous mechanical problems studied with a Peridynamics-based approach." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2018. http://hdl.handle.net/11577/3425762.
Full textLa teoria classica della meccanica dei solidi, formulata tramite equazioni differenziali alle derivate parziali (PDEs), è basata sull'assunzione di una distribuzione continua di massa all'interno di un corpo. Sebbene la teoria classica sia stata applicata ad un'ampia gamma di problemi ingegneristici, le equazioni differenziali su cui è basata non possono essere risolte agevolmente in presenza di una discontinuità come, ad es., una cricca. La peridinamica è considerata un'alternativa ed una promettente teoria non-locale della meccanica dei solidi che, rimpiazzando le equazioni differenziali con equazioni integrali o integro-differenziali, unisce in un’unica formulazione la modellazione dei solidi continui e quella di discontinuità (ad es. cricche). Le equazioni della peridinamica sono basate sull'interazione diretta di punti materiali all’interno di una regione di influenza di dimensioni finite. Un altro concetto, derivato dall'approccio peridinamico è l'operatore differenziale peridinamico (PDDO). Questo operatore è in grado di valutare le derivate parziali di una generica funzione per mezzo di una opportuna funzione integrale non-locale. In questa tesi viene esaminata l'applicazione della peridinamica e del PDDO a tre problemi ingegneristici: la frattura per fatica, i fenomeni termo-meccanici ed i fenomeni di sloshing. Per simulare i problemi di frattura per fatica, è stato sviluppato un algoritmo che valuta sia l'incremento del danno per fatica, legato al numero dei cicli di carico, che l’incremento del danno statico, legato all’aumento dell’apertura della cricca. Sono state proposte tre leggi di danneggiamento per fatica le cui prestazioni computazionali sono state valutate per mezzo di un modello ad un grado di libertà. Inoltre le stesse tre leggi sono state implementate in un codice basato sulla formulazione peridinamica di tipo bond-based, per simulare la propagazione delle cricche per fatica. Sia il modello ad un grado di libertà che il codice scritto utilizzando la formulazione peridinamica individuano la stessa legge di danneggiamento per fatica (fra le 3 studiate) quale più efficiente ed accurata da un punto di vista numerico. Per affrontare problemi di natura termo-meccanica, viene proposto un approccio alternativo che utilizza una griglia di nodi di dimensione variabile all’interno di un modello peridinamico. Il modello numerico proposto modifica in maniera adattiva la dimensione di griglia per garantire una elevata accuratezza dei risultati ed un minore sforzo computazionale: la griglia più raffinata è usata soltanto nelle aree in cui le cricche si propagano. L’approccio proposto è stato utilizzato in un primo momento per lo studio di fenomeni termo-elastici quindi per l’analisi di fenomeni di propagazione di cricche a seguito di sollecitazioni termo-meccaniche. Infine, il PDDO è stato impiegato per investigare i fenomeni di sloshing di liquidi in serbatoi bi-dimensionali e tri-dimensionali studiati con la teoria del flusso a potenziale e la descrizione Lagrangiana. Rispetto ad altri approcci, come ad esempio il metodo locale meshless Petrov-Galarkin, il metodo dei volumi di fluido ed il metodo locale di collocazione polinomiale, l’approccio PDDO si rivela particolarmente efficace dato che fornisce risultati di accuratezza analoga (rispetto ai risultati ottenuti con gli altri approcci) impiegando un numero minore di nodi per descrivere il sistema.
Kilic, Bahattin. "Peridynamic Theory for Progressive Failure Prediction in Homogeneous and Heterogeneous Materials." Diss., The University of Arizona, 2008. http://hdl.handle.net/10150/193658.
Full textDipasquale, Daniele. "Adaptive Grid Refinement and Scaling Techniques Applied to Peridynamics." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2017. http://hdl.handle.net/11577/3426213.
Full textLa Peridynamica, una teoria non locale del continuo proposta recentemente, è particolarmente adatta a descrivere fenomeni di frattura in una vasta gamma di materiali. Una delle tecniche più comuni per la sua implementazione numerica è basata su un approccio senza mesh, in cui l'intero corpo viene discretizzato con una griglia uniforme e un orizzonte costante, essendo quest'ultimo in relazione con la lunghezza di scala del materiale e/o del fenomeno analizzato. Di conseguenza le risorse computazionali possono non essere utilizzate in modo efficiente. Il presente lavoro si propone di sviluppare gli algoritmi per l’implementazione dell’adaptive grid refinement and scaling per griglie peridinamiche 2D e 3D, con lo scopo di ridurre il costo computazionale dei software basati sulla peridynamica. Questo approccio viene applicato allo studio della propagazione dinamica di cricche in materiali fragili. Il refinement viene attivato utilizzando un nuovo concetto di “innesco” che si basa sullo stato di danneggiamento del materiale, accoppiato con il più tradizionale innesco basato su un criterio energetico, già proposto in letteratura. L' utilizzo di un orizzonte e di un passo di griglia variabile può introdurre nella soluzione numerica della peridynamica alcune anomalie, che vengono analizzate dettagliatamente tramite analisi statiche e dinamiche. Inoltre, mentre la maggior parte della comunità scientifica sta lavorando per valutare a pieno le potenzialità della peridynamica, solo alcuni ricercatori hanno osservato indirettamente come il percorso della cricca possa seguire, in modo chiaramente non realistico, gli assi di simmetria della griglia. Il principale parametro che influisce su tale comportamento sembra essere il valore assunto dal rapporto m, definito come il rapporto tra l'orizzonte e il passo della griglia. La dipendenza del percorso della cricca dall'orientamento della griglia sarebbe un grave ostacolo per lo sviluppo di un software basato sulla peridynamica, poiché ciò porterebbe a pregiudicare quella che si ritiene essere uno dei suoi vantaggi più importanti rispetto ad altri metodi di calcolo, ossia la sua capacità di simulare la nucleazione (anche multipla), la propagazione, la ramificazione e l’interazione di cricche in materiali solidi in modo semplice. Successivamente, al fine di dimostrare l'efficacia del metodo proposto, vengono presentati alcuni esempi di propagazione di cricche per problemi 2D e 3D. Infine, i risultati ottenuti sono confrontati con quelli ottenuti con altri metodi numerici e con dati sperimentali.
Bang, Dongjun. "Peridynamic Modeling of Hyperelastic Materials." Diss., The University of Arizona, 2016. http://hdl.handle.net/10150/595809.
Full textSadat, Mohammad Rafat, and Mohammad Rafat Sadat. "Using Molecular Dynamics and Peridynamics Simulations to Better Understand Geopolymer." Diss., The University of Arizona, 2017. http://hdl.handle.net/10150/626361.
Full textGlaws, Andrew Taylor. "Finite Element Simulations of Two Dimensional Peridynamic Models." Thesis, Virginia Tech, 2014. http://hdl.handle.net/10919/48121.
Full textMaster of Science
Colavito, Kyle Wesley. "Peridynamics for Failure and Residual Strength Prediction of Fiber-Reinforced Composites." Diss., The University of Arizona, 2013. http://hdl.handle.net/10150/311300.
Full textOterkus, Erkan. "Peridynamic Theory for Modeling Three-Dimensional Damage Growth in Metallic and Composite Structures." Diss., The University of Arizona, 2010. http://hdl.handle.net/10150/145366.
Full textYu, Kebing. "Enhanced integration methods for the peridynamic theory." Diss., Kansas State University, 2011. http://hdl.handle.net/2097/10750.
Full textDepartment of Mechanical and Nuclear Engineering
Kevin B. Lease
Xiao J. Xin
Peridynamics is a non-local continuum theory that formulates problems in terms of integration of interactions between the material points. Because the governing equation of motion in the peridynamic theory involves only integrals of displacements, rather than derivatives of displacements, this new theory offers great advantages in dealing with problems that contain discontinuities. Integration of the interaction force plays an important role in the formulation and numerical implementation of the peridynamic theory. In this study two enhanced methods of integration for peridynamics have been developed. In the first method, the continuum is discretized into cubic cells, and different geometric configurations over the cell and the horizon of interaction are categorized in detail. Integration of the peridynamic force over different intersection volumes are calculated accurately using an adaptive trapezoidal integration scheme with a combined relative-absolute error control. Numerical test examples are provided to demonstrate the accuracy of this new adaptive integration method. The bond-based peridynamic constitutive model is used in the calculation but this new method is also applicable to state-based peridynamics. In the second method, an integration method with fixed Gaussian points is employed to accurately calculate the integration of the peridynamic force. The moving least square approximation method is incorporated for interpolating the displacement field from the Gaussian points. A compensation factor is introduced to correct the soft boundary effect on the nodes near the boundaries. This work also uses linear viscous damping to minimize the dynamic effect in the solution process. Numerical results show the accuracy and effectiveness of this Gaussian integration method. Finally current research progress and prospective directions for several topics are discussed.
Diehl, Patrick [Verfasser]. "Modeling and Simulation of cracks and fractures with peridynamics in brittle materials / Patrick Diehl." Bonn : Universitäts- und Landesbibliothek Bonn, 2017. http://d-nb.info/1139048945/34.
Full textPereira, Zenner Silva 1980. "Dinâmica molecular e peridynamics aplicadas a nanotecnologia : um estudo sobre filmes finos e nanofios metálicos." [s.n.], 2013. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/277622.
Full textTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin
Made available in DSpace on 2018-08-23T16:18:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_ZennerSilva_D.pdf: 11614247 bytes, checksum: d882692dfdab010e889cb1717d250a1f (MD5) Previous issue date: 2013
Resumo: Nas últimas décadas uma geração de nanodispositivos foi desenvolvida. Estes dispositivos nanoeletrônicos são fabricados por novas técnicas fundamentadas em física, química e engenharia. Muitos desses nanomateriais têm suas propriedades físicas alteradas pelo efeito de tamanho, por causa desses novos efeitos é importante entender como estes dispositivos trabalham propriamente a fim de encontrarmos formas de obter novas aplicações baseadas nestes novos efeitos. Nanofios metálicos estão sendo largamente estudados tanto teoricamente como experimentalmente. Recentemente uma nova possibilidade de soldagem foi mostrada experimentalmente entre nanofios de ouro em temperatura ambiente, sem necessidade de aplicação de calor adicional e com baixa pressão, chamada de solda fria (cold welding). Usando Dinâmica Molecular (MD) com potenciais efetivos, nós simulamos o processo de soldagem fria em nanofios de ouro, prata e ouro-prata com diâmetros de 4.3nm em 300 K. Nós mostramos que a soldagem fria é um processo possível até mesmo quando os nanofios sofrem fortes deformações e defeitos antes do processo de soldagem. Durante o processo de soldagem os nanofios resultaram com poucos defeitos. Pequenas pressões foram necessárias para que a soldagem fosse atingida. Nós também realizamos cálculos de Dinâmica Molecular com embedded-atom-method para modelar o crescimento de filmes-finos de paládio depositados em um substrato de ouro para um sistema de aproximadamente 100 mil átomos. Nós mostramos que o filmes-finos de paládio cresceu sob stress sobre o substrato de ouro. Após a deposição de 9 monocamadas o stress armazenado no filmes de paládio relaxou formando defeitos na estrutura do cristal. Defeitos do tipo falhas de empilhamento surgiram nos filmes de paládio formando um padrão de deformação no mesmo. Para quantificar o stress nós também calculamos a evolução do tensor de stress durante o crescimento. Existem fenômenos físicos como fraturas em materiais que são caracterizados pela quebra das ligações atômicas que levam a efeitos macroscópicos. Para estudarmos este tipo de problema, nós desenvolvemos um código inicial que acopla Dinâmica Molecular com Peridyvii namics (PD) (uma recente teoria de contínuo). A ideia básica para acoplar Dinâmica Molecular e Peridynamics está baseada no teorema de Schwarz. Este teorema fornece uma maneira de resolver equações diferenciais em diferentes subdomínios conectados por uma interface. O acoplamento é feito trocando condições de contorno entre subdomínios conectados por esta interface. A parte mais difícil deste acoplamento encontra-se em tratar os dados com ruídos oriundos da Dinâmica Molecular e passá-los para a Peridynamics. Para isto nós usamos uma interpolação estatística chamada interpolação de Kriging. Desta forma nós pudemos alcançar um acoplamento entre MD e PD
Abstract: Over the last decades a new generation of nanoeletronic devices have been developed. These nanoeletronic devices have been made by new techniques based on physics, chemistry and engineering. Many of these nanomaterials have shown changes in their physical properties and therefore, it is very important to understand how they work properly in order to find ways to obtain new applications supported by these new effects. Metallic nanowires have been largely studied theoretical and experimentally. Recently a new possibility of welding was experimentally shown in the case of gold and silver nanowires (NWs) at ambient temperatures, without need of additional heat and with low pressures, called cold welding. Using molecular dynamics with effective potentials, we simulated cold welding of gold, silver, and silver-gold NWs with diameters of 4.3 nm at 300 K. We show the cold welding is a possible process in metal NWs and that these welded NWs, even after losing their crystalline structure after breaking, can reconstruct their face-centered-cubic structure during the welding process with the result of very few defects in the final cold welded NWs. The stress tensor shows a low average value during welding with oscillations indicating tension and relaxation stages. Small pressures are required for the process to occur, resulting in a fairly perfect crystal structure for the final NW after being broken and welded. We have also performed Molecular Dynamics calculations with embedded-atom-method to model the growth of a Pd thin film deposited on Au(100) for a system with approximately 100,000 atoms. We showed that the Pd film grew under stress on the Au substrate. After the deposition of 9 monolayers, the stress stored in the Pd film relaxed with the formation of defects, stacking faults in the structure of Pd forming a pattern of deformation in the film. To quantitatively access the defect formation we also measured the stress tensor evolution during growth. There are physical phenomena like brittle fracture that is characterized by breaking of atomic bonds leading to macroscopic effects. In order to study this kind of problems, we developed the initial programming code that couples molecular dynamics (MD) and Peridyix namics (PD) (a new model to continuum). The basic idea to coupling Molecular Dynamics and Peridynamics is based on a mathematical theorem that is known as Schwarz theorem. It gives a way to solve differential equations in different subdomains that are connected by an interface (overlap). The coupling is made by exchanging boundary conditions through of the interface between subdomains. The hardest part is to treat noise molecular dynamics data and after that to pass those data to continuum theories. In order to pass data from MD to Peridynamics we have used a statistical interpolation called Kriging interpolation. This way we can achieve an algorithm to coupling DM with PD
Doutorado
Física
Doutor em Ciências
Prakash, Naveen. "Coupled Electromechanical Peridynamics Modeling of Strain and Damage Sensing in Carbon Nanotube Reinforced Polymer Nanocomposites." Diss., Virginia Tech, 2017. http://hdl.handle.net/10919/78803.
Full textPh. D.
Shojaei, Barjoui Arman. "On the coupling of peridynamics with the classical theory of continuum mechanics in a meshless framework." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2018. http://hdl.handle.net/11577/3423156.
Full textLa teoria classica del continuo applicata ai solidi è basata sull’uso di equazioni differenziali del moto, pertanto viene ipotizzata la differenziabilità del campo degli spostamenti. Questa ipotesi viene meno quando nella risoluzione del problema compaiono delle discontinuità quali le cricche. La Peridynamics è una promettente teoria non locale del continuo che permette di gestire la presenza e l’evoluzione di discontinuità in un corpo solido. Questa nuova teoria è formulata per mezzo di equazioni integrali e pertanto può essere applicata anche allo studio della propagazione di cricche e dei fenomeni di rottura.La teoria Peridynamics utilizza un operatore integrale in sostituzione della divergenza del tensore delle tensioni, impiegata invece nella formulazione classica. Una delle tecniche di discretizzazione della Peridynamics maggiormente utilizzate è basata su un approccio di tipo meshless. Da un punto di vista computazionale questo approccio si rivela, però, più oneroso rispetto a quanto richiesto dall’uso di altri metodi meshless comunemente impiegati per lo studio della teoria classica del continuo. Questo è dovuto al fatto che in Peridynamics, in maniera analoga a quanto avviene in altre teorie non locali, ogni nodo interagisce con molti altri nodi vicini ed all’interno di una regione di dimensioni finite. Un altro svantaggio della Peridynamics è legato alla modalità con cui le condizioni di vincolo e di carico sono applicate rispetto ai metodi abitualmente utilizzati nella teoria classica. Questo problema è ben noto agli scienziati che studiano questa nuova teoria non locale. È quindi conveniente, accoppiare metodi basati sulla teoria classica con quelli che utilizzano la Peridynamics. Si svilupperà, in tal modo, un approccio in grado di utilizzare le diverse strategie computazionali nelle regioni del corpo solido in cui queste teorie si rivelano più adeguate. Lo scopo principale di questa tesi è di sviluppare una tecnica efficace per accoppiare metodi meshless di tipo non locale e locale per lo studio di problemi elasto-dinamici bidimensionali in materiali fragili anche in presenza di propagazione di cricche. Questa tecnica sarà basata sull’accoppiamento della teoria Peridynamics (nella sua formulazione meshless) con la teoria classica del continuo studiata per mezzo di metodi di tipo meshless. In particolare sono stati scelti due metodi meshless, basati sulla teoria classica del continuo, il “Meshless Local Exponential Basis Functions” ed il “Finite Point Method”. Entrambi appartengono alla categoria “strong form meshless methods”, sono di semplice implementazione e non sono particolarmente onerosi da un punto di vista computazionale. L’accoppiamento è stato realizzato grazie ad un unico schema meshless. Il dominio è suddiviso in tre regioni: una in cui si usa solamente la teoria Peridynamics, una in cui si utilizza solo il metodo meshless ed infine è prevista una regione di transizione che realizza il passaggio fra i due approcci di calcolo. La strategia proposta e sviluppata in questo elaborato, è in grado di accoppiare la teoria del continuo locale con la teoria del continuo non locale permettendo di trarre vantaggio dagli aspetti positivi delle due teorie e di superarne le rispettive limitazioni. La porzione del dominio in cui sono presenti delle cricche o in cui potrebbero propagarsi, è descritta impiegando la Peridynamics, mentre la restante porzione del dominio è descritta impiegando uno dei due metodi meshless citati in precedenza, che richiedono un minor onere computazionale. L’efficienza dell’approccio proposto sarà migliorata dall’uso di tecniche di accoppiamento adattativo: quest’ultima estensione permetterà di studiare diversi fenomeni di propagazione delle cricche con un limitato utilizzo di risorse di calcolo. Le prestazioni del metodo di accoppiamento ideato saranno descritte per mezzo di molteplici esempi con analisi sia statiche che dinamiche.
Waxman, Rachel. "Effects of geometry and phase on material damage response under high-speed impact." VCU Scholars Compass, 2019. https://scholarscompass.vcu.edu/etd/6078.
Full textBirkey, Justin. "Development of Visual EMU, a graphical user interface for the peridynamic EMU code." Thesis, Manhattan, Kan. : Kansas State University, 2007. http://hdl.handle.net/2097/466.
Full textCavuoto, Riccardo. "Phase-field and reduced peridynamic theories for fracture problems." Doctoral thesis, Università degli studi di Trento, 2021. http://hdl.handle.net/11572/322187.
Full textRen, Huilong [Verfasser], Timon [Akademischer Betreuer] Rabczuk, Klaus [Gutachter] Guerlebeck, and Klaus [Gutachter] Hackl. "Dual-horizon peridynamics and Nonlocal operator method / Huilong Ren ; Gutachter: Klaus Guerlebeck, Klaus Hackl ; Betreuer: Timon Rabczuk." Weimar : Bauhaus-Universität Weimar, 2021. http://d-nb.info/1231715081/34.
Full textBrothers, Michael. "A comparison of different methods for calculating tangent-stifess matrices in a massively parallel computational peridynamics code." Thesis, The University of Texas at San Antonio, 2014. http://pqdtopen.proquest.com/#viewpdf?dispub=1550324.
Full textIn order to maintain the quadratic convergence properties of the first-order Newton's method in quasi-static nonlinear analysis of solid structures it is crucial to obtain accurate, algorithmically consistent tangent-stiffness matrices. For an extremely small class of nonlinear material models, these consistent tangent-stiffness operators can be derived analytically; however, most often in practice, they are found through numerical approximation of derivatives. A goal of the study de- scribed in this thesis was to establish the suitability of an under-explored method for computing tangent-stiffness operators, referred to here as 'complex-step'. Compared are four methods of nu- merical derivative calculation: automatic differentiation, complex-step, forward finite difference, and central finite difference in the context of tangent-stiffness matrix calculation in a massively parallel computational peridynamics code. The complex-step method was newly implemented in the peridynamics code for the purpose of this comparison. The methods were compared through in situ profiling of the code for Jacobian accuracy, solution accuracy, speed, efficiency, Newton's method convergence rate and parallel scalability. The performance data was intended to serve as practical guide for code developers and analysts faced with choosing which method best suit the needs of their application code. The results indicated that complex-step produces Jacobians very similar, as measured by a low l 2 norm of element wise difference, to automatic differentiation. The values for this accuracy metric computed for forward finite difference and central finite differ- ence indicated orders of magnitude worse Jacobian accuracy than complex-step, but convergence vstudy results showed that convergence rate and solution was not strongly affected. Ultimately it was speculated that further studies on the effect of Jacobian accuracy may better accompany experiments conducted on plastic material models or towards the evaluation of approximate and Quasi-Newton's methods.
Van, Der Merwe Carel Wagener. "A peridynamic model for sleeved hydraulic fracture." Thesis, Stellenbosch : Stellenbosch University, 2014. http://hdl.handle.net/10019.1/95993.
Full textENGLISH ABSTRACT: Current numerical methods in the eld of hydraulic fracturing are based mainly on continuum methods, such as the Finite Element Method (FEM) and the Boundary Element Method (BEM). These methods are governed by Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) criteria, which su er from the inherent aw of a non-physical stress representation at the fracture tip. In response to this, a non-local method is proposed, namely the peridynamic theory, to model sleeved hydraulic fracture. A 2D implicit quasi-static ordinary state based peridynamic formulation is implemented on various benchmark problems, to verify the ability to capture constitutive behaviour in a linear elastic solid, as well as, the quanti cation of adverse e ects on the accuracy of the displacement solution, due to the nature of the non-local theory. Benchmark tests consist of a plate in tension, where convergence to the classical displacement solution, non-uniform re nement and varying cell sizes are tested, as well as, a thick walled cylinder with internal pressure, where three di erent loading techniques are tested. The most accurate loading technique is applied to the sleeved fracture model, in order to simulate fracture initiation and propagation. This model is then veri ed and validated by using the Rummel & Winter hydraulic fracturing model and experimental results, respectively. Displacement error minimisation methods are implemented and as a result, the displacement solutions for a plate in tension converges to the analytical solution, while the thick walled cylinder solutions su er from inaccuracies due to an applied load on an irregularly discretized region. The fracture initiation test captures the fracture tip behaviour of the Rummel & Winter model and the fracture propagation test show good correlation with experimental results. This research shows that the peridynamic approach to sleeved hydraulic fracture can yield a realistic representation of fracture initiation and propagation, however, further research is needed in the area of a pressure load application on a solid using the peridynamic approach.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Huidige numeriese metodes in die veld van hidrouliese breking is hoofsaaklik gebaseer op kontinuum metodes, soos die Eindige Element Metode (EEM) en die Rand Element Metode (REM). Hierdie metodes word beheer deur Linie^ere Elastiese Breukmeganika (LEB) kriteria, wat ly aan die inherente gebrek van 'n nie- siese voorstelling van die spanning by die fraktuur punt. Om hierdie probleme aan te spreek, word 'n nie-lokale metode voorgestel, naamlik die peridinamiese teorie, om gehulsde hidrouliese breking te modelleer. 'n 2D implisiete kwasi-statiese ordin^ere toestand gebaseerde peridinamika formulering word ge mplimenteer op verskeie norm probleme, om te veri eer of dit oor die vermo e beskik om die konstitutiewe gedrag van 'n linie^ere elastiese soliede materiaal te modeleer, asook die kwanti sering van nadelige e ekte op die verplasings oplossing as gevolg van die natuur van die nie-lokale teorie. Normtoetse bestaan uit 'n plaat in trek spanning, waar konvergensie na die klassieke verplasings oplossing, nie-uniforme verfyning en vari^eerende sel groottes getoets word, asook 'n dikwandige silinder onder interne druk, waar drie verskillende belasting aanwendingstegnieke getoets word. Die mees akkurate belasting aanwendingstegniek word dan gebruik in die gehulsde hidrouliese breking model, om fraktuur aanvangs en uitbreiding na te boots. Die model word dan geveri- eer deur die Rummel & Winter hidrouliese breking model en eksperimentele resultate, onderskeidelik. Fout minimering metodes word toegepas en as 'n resultaat, konvergeer die verplasing oplossing vir die plaat na die analitiese oplossing, terwyl die oplossing van die dikwandige silinder onakuraathede toon as gevolg van 'n toegepaste belasting op 'n onre elmatig gediskretiseerde gebied. Die modellering van die fraktuur inisi ering by die fraktuur punt, stem goed ooreen met die Rummel en Winter voorspelling en die fraktuur uitbreiding stem goed ooreen met eksperimentele resultate. Hierdie navorsing toon dat die peridinamiese benadering tot gehulsde hidrouliese breking wel die fraktuur inisi ering en uitbreiding realisties kan modelleer, maar nog navorsing word wel benodig in die area waar 'n druk belasting op 'n peridinamiese soliede model toegepas word.
Celik, Emrah. "MECHANICAL CHARACTERIZATION OF METALLIC NANOWIRES BY USING A CUSTOMIZED ATOMIC MICROSCOPE." Diss., The University of Arizona, 2010. http://hdl.handle.net/10150/195425.
Full textSarego, Giulia. "Structural material damage: novel methods of analysis." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2016. http://hdl.handle.net/11577/3427223.
Full textNella teoria classica della meccanica dei solidi, la formulazione matematica include derivate parziali, grazie alle quali si possono rappresentare stati di deformazione come funzioni degli spostamenti relativi dei nodi in cui è discretizzato il sistema continuo. Una carenza rilevante dovuto all’utilizzo delle derivate è legato ai risultati privi di significato fisico ottenuti in prossimità delle discontinuità perché le derivate non sono definite laddove manca un campo di spostamenti continuo, come può capitare in presenza di dislocazioni, vuoti, cricche, interfacce tra fasi differenti nello stesso corpo e bordi dei grani. Dato che la formazione spontanea e la crescita di discontinuità sono di grande importanza in meccanica dei solidi, diverse tecniche sono state utilizzate per superare questa incapacità della teoria di descrivere il comportamento dei materiali in tali condizioni, perché situazioni in cui le strutture sono incapaci di continuare a svolgere la propria funzione devono essere evitate, specialmente per strutture aerospaziali, in primo luogo, per ragioni di sicurezza ed, in secondo luogo, per motivi economici. Uno di questi nuovi approcci riguarda l’utilizzo di teorie non locali basate su formulazioni integrali (più precisamente formulazioni integro-differenziali), definite anche quando campi di spostamento non derivabili sono presenti. La teoria “Peridynamics” è una di queste teorie: è stata proposta da Stewart Silling nel 2000 [1] così da adottare una formulazione unica e coerente capace di descrivere i comportamenti dei materiali in corpi sia continui che discontinui, evitando l’uso di equazioni alle derivate parziali o la definizione a priori di alcune condizioni che possono influenzare (e in un certo senso favorire) dei risultati. Ci sono due versioni di modelli peridinamici: la state-based, e un suo caso particolare, la bond-based, che è stata introdotta per prima (vedi [1, 2]). Nella versione bond-based, le forze tra due punti materiali dependono unicamente dal loro spostamento relativo e dalla loro posizione relativa iniziale, oltre che dalle proprietà del materiale. Vista la sua semplicità a confronto con la seconda versione, la maggior parte delle applicazioni e degli articoli sulla Peridynamica ha adottato la formulazione bond-based. Tuttavia, i modelli nella formulazione bond-based sono caratterizzati da alcune limitazioni (le stesse dei modelli di altre teorie atomistiche e dei modelli di dinamica molecolare [3], anche se la Peridinamica è una teoria del continuo, non discreta), la più notevole di queste è il modulo di Poisson fisso: 1/4 nelle simulazioni 3D oppure in caso di deformazione piana 2D, e 1/3 nelle simulazioni in stato di tensione piana 2D (si veda per esempio [1, 4]). Questa particolarità implica altre restrizioni, come l’impossibilità di riprodurre la condizione di incomprimibilità plastica in maniera accurata. Tuttavia, per la maggior parte degli scopi, la formulazione bond-based è sufficiente e fornisce risultati approssimati soddisfacenti. I modelli della versione state-based rimuovono queste restrizioni, permettendo che le interazioni tra due punti possano dipendere da tutte le interazioni (i “bond”) connessi ad almeno uno dei due punti, tramite delle mappe avanzate chiamate “states”. Inoltre, ci sono due tipi di formulazioni state-based: la ordinary e la non-ordinary [2, 5, 6]. Nella formulazione ordinary, le forze tra due punti materiali agiscono lungo la congiungente i due punti nella configurazione deformata, mentre nella formulazione non-ordinary, questa caratteristica non è più vera. La formulazione ordinary della state-based necessita di modelli costitutivi appositamente derivati, come per esempio i modelli di viscoelasticità e platicità in [7, 8]. Per la formulazione non-ordinary della state-based, due approcci sono stati proposti: lo sviluppo di un modello esplicito per l’espressione dello state della forza peridinamica [2] e lo sviluppo di una mappa grazie alla quale le relazioni costitutive della meccanica classica sono incorporate per stabilire indirettamente la relazione tra la forza d’interazione e la deformazione. I modelli derivanti dal secondo approccio sono chiamati modelli correspondence [2]. L’argomento di questa tesi è lo sviluppo di modelli per particolari tipi di analisi e la ricerca di possibili vantaggi e inconvenienti di questa teoria nuova ed inesplorata, così da identificare alcune linee guida per la scelta di parametri fondamentali per le analisi. Durante il primo anno del corso di dottorato, lo stato dell’arte relativo a questa teoria è stato studiato e i solutori statici lineari e non lineari nella formulazione bond-based sviluppati precedentemente in ambiente Matlabr sono stati analizzati, usati e migliorati. Durante il secondo anno, l’autrice di questa tesi si è concentrata sulla seconda versione, basata su concetti di matematica avanzata con cui ha preso dimestichezza grazie al corso di analisi funzionale seguito il primo anno. Uno dei principali contributi originali alla letteratura esistente presenti in questa tesi è lo sviluppo dei modelli linearizzati 2D del modello solido lineare nella formulazione state-based. Questi modelli sono particolarmente utili quando semplificazioni di stato piano di tensione o di deformazione possono essere assunte per la simulazione di un sistema tridimensionale, che altrimenti verrebbe descritto da un modello 3D che necessiterebbe di risorse computazionali più elevate (in termini di tempo e memoria). Una particolare attenzione è richiesta per quest’aspetto, perché, essendo un approccio non locale, implementare un codice basato sulla teoria peridinamica richiede in generale più risorse computazionali di un codice basato su un approccio locale. Lo studio della versione state-based è iniziato prima di andare all’estero e lo sviluppo dei modelli 2D si è poi completato durante il soggiorno di sei mesi alla University of Nebraska-Lincoln negli Stati Uniti. Sono stati sviluppati sia un codice dinamico che uno statico. I parametri principali di questi modelli sono stati analizzati e i modelli linearizzati si possono trovare descritti nel capitolo 1.2.2. Lo studio dei criteri di frattura adottabili nella formulazione state-based e il miglioramento degli algoritmi in Matlabr per accelerare i codici e ottimizzare le risorse di memoria e gestione dei dati sono stati gli argomenti principali del terzo anno. Alcuni criteri di frattura, presentati nel capitolo 1.2.3, sono stati proposti per materiali lineari elastici omogenei e caratterizzati da frattura fragile. Sono criteri basati sul massimo allungamento: un’interazione non locale (“bond”) viene meno quando un valore critico di allungamento è raggiunto; questo valore di allungamento critico è calcolato dal lavoro richiesto per rompere il bond e questo lavoro è a sua volta legato all’energia di frattura. I risultati ottenuti sono stati confrontati con dati sperimentali per casi sia statici che dinamici, sia nella formulazione bondbased che in quella state-based. La descrizione dettagliata degli algoritmi si trova nel capitolo 3, mentre i risultati sono riportati nei capitoli 4 e 5.
Hafezi, M. H., R. Alebrahim, and T. Kundu. "Crack propagation modeling using Peridynamic theory." SPIE-INT SOC OPTICAL ENGINEERING, 2016. http://hdl.handle.net/10150/622515.
Full textDe, Meo Dennj. "Peridynamic modelling of localised corrosion damage." Thesis, University of Strathclyde, 2016. http://digitool.lib.strath.ac.uk:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=27711.
Full textAgwai, Abigail G. "A Peridynamic Approach for Coupled Fields." Diss., The University of Arizona, 2011. http://hdl.handle.net/10150/204892.
Full textSeitenfuss, Alan Bourscheidt. "On the behavior of a linear elastic peridynamic material." Universidade de São Paulo, 2017. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-22062017-100938/.
Full textA teoria peridinâmica é uma generalização da teoria clássica da mecânica do contínuo e considera a interação de pontos materiais devido a forças que agem a uma distância finita entre si, além da qual considera-se nula a força de interação. Por ter o balanço de momento linear formulado como uma equação integral que permanece válida na presença de descontinuidades, a teoria peridinâmica é adequada para o estudo do comportamento de materiais em regiões com singularidades. A primeira parte deste trabalho consiste no cálculo das propriedades de um material peridinâmico elástico linear no contexto de uma teoria peridinâmica de estado, linearmente elástica e tridimensional, que utiliza o campo quociente de deslocamento relativo na vizinhança de um ponto material e leva em conta mudanças relativas angulares e de comprimento. Esse modelo utiliza uma função energia livre que apresenta quatro constantes materiais, sendo, portanto, diferente de outros modelos peridinâmicos investigados na literatura, os quais contêm somente duas constantes materiais. Utilizando resultados de convergência da teoria peridinâmica para a teoria de elasticidade linear clássica no limite de pequenos horizontes e um argumento de correspondência entre as funções energia livre proposta e densidade de energia de deformação da teoria clássica, expressões para três constantes peridinâmicas foram obtidas em função das constantes de um material elástico e isotrópico da teoria clássica. O argumento de correspondêmcia, em conjunto com o campo de deformações de uma viga submetida à flexão pura, é utilizado para calcular a quarta constante peridinâmica do material, que relaciona mudanças angulares relativas e de comprimentos das ligações entre as partículas. Obtem-se uma expressão para a quarta constante em termos do coeficiente de Poisson e do módulo de elasticidade ao cisalhamento da teoria clássica. A validade dessa expressão é confirmada por meio da consideração de outros experimentos da mecânica, tais como flexão de um viga por cargas terminais e cisalhamento anti-plano de um eixo cilíndrico. Em particular, os resultados numéricos indicam que as expressões para as constantes são independentes do experimento escolhido. A segunda parte deste trabalho consiste em uma investigação do comportamento de uma barra unidimensional linearmente elástica de comprimento L no contexto da teoria peridinâmica; especialmente, próximo às extremidades da barra, onde espera-se que o comportamento da barra peridinâmica possa ser muito diferente do comportamento de uma barra elástica linear clássica. A barra está em equilíbrio e sem força de corpo, fixa em uma extremidade, e sujeita a deslocamento imposto na outra extremidade. A barra possui micromódulo C, o qual está relacionado ao módulo de Young E da teoria clássica por meio de diferentes expressões encontradas na literatura. Dependendo da expressão para C, o campo de deslocamento pode ser singular próximo às extremidades, o que contrasta com o comportamento linear do campo de deslocamento observado na elasticidade linear clássica. Apesar disso, é mostrado também que o campo de deslocamento peridinâmico converge para o campo de deslocamento da teoria clássica quando o horizonte peridinâmico tende a zero.
Hafezi, Mohammad Hadi, and Mohammad Hadi Hafezi. "Peridynamic Modeling and Extending the Concept to Peri-Ultrasound Modeling." Diss., The University of Arizona, 2017. http://hdl.handle.net/10150/625456.
Full textHu, Yile, and Yile Hu. "Peridynamic Modeling of Fiber-Reinforced Composites with Polymer and Ceramic Matrix." Diss., The University of Arizona, 2017. http://hdl.handle.net/10150/625367.
Full textLe, Quang Van. "Relationship between Microstructure and Mechanical Properties in Bi2Sr2CaCu2Ox Round Wires Using Peridynamic Simulation." Thesis, North Carolina State University, 2014. http://pqdtopen.proquest.com/#viewpdf?dispub=3584007.
Full textBi2Sr2CaCu2Ox (Bi2212) superconducting round wires are a well-known high temperature superconductor due to their isotropic properties, high fill factor, and ease of winding. There have been extensive experiments to improve the wires’ performance, yet there is little understanding of how the internal microstructure of the wires influences the mechanical behavior. This is due to the multiple phases and their complex arrangements inside the wires, making it challenging for traditional approaches to investigate and simulate the wires’ behavior. The peridynamic theory, using non-local interactions and integral constitutive equations, can provide a solution to these challenges from the Bi2212 wires microstructure. To reduce computation cost, in this study the peridynamic formulas are developed for 2D simulations. Dynamic relaxation and energy minimization methods to find the steady-state solution are used and compared. The model shows m-convergence and δ-convergence behaviors when m increases and ä decreases. Model verification shows close quantitative matching to finite element analysis results. The 2D peridynamic model is then used to simulate mechanical behavior of Bi2212 wires. Various types of natural and artificial defects are simulated and compared quantitatively. Both defect geometry and physical characteristics are investigated to study their influence on the stress concentration in the material. The results show significant stress concentration around defects and protruding growths of the Bi2212 phase.
Bai, Ruqing. "Numerical modeling of isotropic and composites structures using a shell-based peridynamic method." Thesis, Compiègne, 2019. http://www.theses.fr/2019COMP2482.
Full textThis thesis introduces some new complements and improvments for the Bond-Based Peridynamics theory concerning the numerical modeling of thin structures such as beams and plates, isotropic and multilayer composites subjected to dynamic loading. Our developments have been focused mainly on exploring the possibilities offered by the Peridynamic method, which has been widely applied in various engineering domains where strong or weak discontinuities may occur such as cracks or heterogeneous media. The generalization procedure of the Peridynamics method for the modeling of Timoshenko beam structures and Reissner-Mindlin plate structures respectively with a wide range of thickness to length ratio starting from thick structures to very thin structures is given. And A simplified low velocity impact based on the developed Peridynamic model for Timoshenko beam and ReissnerMindlin plate has been proposed by using a specific contact procedure for the estimation of the impact load. The originality of the present method was the introduction for the first time of two techniques for the alleviation of the shear locking problem which arises in thin beam and plate structures, namely the reduced (or selective) integration method and mixed formulation. The resulting Peridynamic model for Timoshenko beam structures and Reissner-Mindlin plate structures is efficient and does not suffer from any shear locking phenomenon. Besides, the generalization procedure of Peridynamic method for the modeling of fiber-reinforced thin composite structures is introduced. The Peridynamic approach for the modeling of a lamina is firstly validated in the quasi-statics including a crack propagation prediction problems subjected to mechanical loading conditions and then the Peridynamic method was further extended to analyze fiber-reinforced thin composite structures using the fundamental lamina theory. Finally, several applications involving fiber-reinforced thin composite structures and numerical results were validated by comparison to the FEM solution obtained using commercial software or to reference solutions from the literature. In all applications, the Peridynamics shows that results are matching perfectly the reference solutions, which proves its efficiency potentiality especially for crack paths simulation in isotropic and composite structures
Jin, Yudan. "Etude expérimentale et modélisation numérique de la fissuration par retrait de dessiccation des matériaux cimentaires : influences de la rigidité et de la taille des inclusions." Thesis, Lille, 2021. http://www.theses.fr/2021LILUI019.
Full textDrying shrinkage induced cracking is an essential mechanism to be considered in the durability study of cement-based materials and structures. The present thesis is devoted to experimental investigation and numerical modeling of this mechanism by putting the emphasis on the influences of inclusion stiffness and size. The thesis is composed of two parts.The first part is devoted to experimental study. A series of concrete samples are first casted with artificial inclusions of different rigidities. These samples are subjected to different levels of drying in order to evaluate cracks induced by the drying shrinkage. The dried samples are then examined by using the non-destructive X-ray micro-tomography imaging method. Three-dimensional (3D) distributions of induced cracks in the dried samples are identified, including their location and shape. The influence of inclusion rigidity on the shrinkage induced cracking process is clearly demonstrated. It is found that the shrinkage-induced cracking is strongly enhanced by the stiffness difference between the inclusion and cement paste. Secondly, samples casted with glass balls of different sizes are considered. By using a similar experimental procedure, the influences of inclusion size on the drying shrinkage induced cracking process are investigated.In the second part, a numerical method based on the peridynamics theory is proposed. The formulation and implementation of the numerical method are first presented and discussed. Its efficiency in modelling the initiation and propagation of multiple cracks in heterogeneous materials is then demonstrated. The proposed method is further applied to the description of cracking process induced by drying shrinkage and temperature change in concrete composites containing different types of inclusions. The emphasis is put on the effects of inclusion stiffness and size on cracking patterns. A series of numerical simulations are performed. Comparisons between numerical results and experimental observations are presented
Tupek, Michael Ronne. "Extension of the peridynamic theory of solids for the simulation of materials under extreme loadings." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2014. http://hdl.handle.net/1721.1/87481.
Full textCataloged from PDF version of thesis.
Includes bibliographical references (pages 171-185).
The simulation of materials exposed to extreme loads, as is relevant in many areas of engineering, including protection materials, impact damage in turbine engines and high velocity impact in space, remains one of the key challenges in the field of computational mechanics. Despite significant advances, a fully robust and generally applicable computational framework for simulating the response of materials under a wide range of dynamic loading conditions is still lacking and the search for improved approaches continues. Existing methods suffer from a litany of limitations and drawbacks, including difficulty representing fracture, robustness issues, difficulty scaling to a large number of processors, excessive computational expense, and fundamental convergence issues for problems involving material damage. In this thesis, we conduct a thorough investigation into the theory of peridynamics and its numerical implementation as a promising alternative approach for simulating extreme material response. Peridynamics is a relatively new nonlocal formulation of continuum mechanics based on integral equations. It includes a physical length scale and naturally supports the presence of discontinuities in the solution field. As part of the work for this thesis, we uncover fundamental limitations in existing constitutive formulations of the peridynamic theory, and propose solutions to these limitations which furnish an extended constitutive theory of peridynamic for large deformations of continua. It is shown that these issues are responsible for numerical instabilities commonly observed in peridynamic particle discretizations. Specifically, unphysical deformation modes which allow for matter interpenetration, without contributing to the strain energy, are shown to exist in the original formulation. In order to address this issue, we introduce an extension of the constitutive correspondence framework based on bond-level nonlinear strain measures. It is found that numerical instabilities are suppressed by the extended theory. In addition, we address the issue of incorporating damage and fracture, as is required for modeling materials subjected to intense loads. In particular, two novel approaches for modeling damage and fracture within peridynamics are proposed. One is based on classical continuum damage models, while the other is specifically suited for brittle fracture response. A robust, scalable computational framework based on these extensions to the peridynamic theory is developed, and numerical examples are provided which demonstrate the ability to capture experimentally observed ballistic limit curves for ductile materials, as well as realistic fracture patterns in brittle materials subjected to projectile impact loadings.
by Michael R. Tupek.
Ph. D.
Dereure, Corentin. "Comportement mécanique des verres sous choc produit par interaction laser-matière : une approche expérimentale et numérique multi-échelles." Thesis, Rennes 1, 2019. http://www.theses.fr/2019REN1S018/document.
Full textFused silica (SiO₂) is one of the most commonly used materials in our modern society. Among other uses, it is the main component of highly critical structures like spacecraft windows or shields for optical equipments. This PhD thesis is done within the context of the ANR GLASS project, whose objective is to model the behavior of silica glass from the atomic cluster to the whole structure under dynamic loading (high pressures and high strain rates). Its main objective is to conduct an experimental study of this material in this loading domain to enable an efficient dialog between experiments and simulations. To this end, samples of fused silica are impacted with high-power laser impulses, generating a shockwave that propagates in the material. A first study is done with in situ results of shockwave propagation in fused silica, giving some data of the equation of state. Subsequently, Raman spectroscopy is used to observe the atomic structure modifications of shocked samples. These measurements show that silica glass is densified in the shocked area, and also that the zones where the highest pressures were applied are subjected to thermal relaxation. This last effect is caused by the important temperature increase during the shock loading. All these results are in accordance with those of numerical simulations performed within the ANR project. Finally, X-Ray microtomography highlight complex fracture patterns inside some of the shocked samples. Numerical simulations using peridynamic formulation, a method specialized to study fracture patterns, provide a possible scenario for the formation and propagation of these cracks
Conradie, Johannes Hendrik. "Characterising failure of structural materials using digital images." Thesis, Stellenbosch : Stellenbosch University, 2015. http://hdl.handle.net/10019.1/96755.
Full textENGLISH ABSTRACT: The fracture of ductile materials is currently regarded as a complex and challenging phenomenon to characterise and predict. Recently, a bond-based, non-local theory was formulated called the peridynamic theory, which is able to directly solve solid mechanics problems that include fracture. The failure criterion is governed by a critical stretch relation between bonds. It was found in literature that the critical stretch relates to the popular fracture mechanics parameter called the critical energy release rate for predicting brittle linear-elastic failure. It was also proposed that the non-linear critical energy release rate or J-integral can be used to model ductile failure using peridynamics. The aim of this thesis was to investigate the validity of using the J-integral to determine the critical stretch for predicting ductile failure. Standard ASTM fracture mechanics tests on Compact Tension specimens of Polymethyl methacrylate, stainless steel 304L and aluminium 1200H4 were performed to determine the critical energy release rates and non-linear Resistance-curves. Furthermore, a novel peridynamic-based algorithm was developed that implements a critical energy release rate based failure criterion and Digital Image Correlation (DIC) measured full surface displacement fields of cracked materials. The algorithm is capable of estimating and mapping both the peridynamic damage caused by brittle cracking and damage caused by plastic deformation. This approach was used to validate the use of an energy release rate based failure criterion for predicting linear-elastic brittle failure using peridynamics. Also, it showed a good correlation among the test results for detecting plastic damage in the alloys when incorporating the respective J-integral derived critical stretch values. Additionally, Modified Arcan tests were performed to obtain Mode I, Mode II and mixed Mode fracture load results of brittle materials. Mode I peridynamic models compared closely to test results when using the Mode I critical energy release rate, derived critical stretch and served as validation for the approach. Moreover, it was argued that Mode I failure criteria cannot in principle be used to model shear failure. Therefore, it was proposed to rather use the appropriate Mode II and mixed Mode critical energy release rates to predict the respective failures in peridynamics. Also, for predicting ductile failure loads it was found that using a threshold energy release rate derived from the R-curve yielded considerably more accurate failure load results compared to the usage of the critical energy release rate, i.e. J-integral. In this thesis it was shown that there exists great potential for detecting and characterising cracking and failure by using a peridynamic-based approach through coupling DIC full displacement field measurements and the critical energy release rate of a particular structural material.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Duktiele breeking van materiale word tans beskou as 'n kompleks- en uitdagende fenomeen om te voorspel en te karakteriseer. 'n Binding-gebaseerde, nie-lokale teorie is onlangs geformuleer, genaamd die peridinamika teorie. Die laasgenoemde stel ons in staat om soliede meganiese probleme met krake direk op te los. Die falings kriterium word bemagtig deur die kritiese strekfaktor tussen verbindings. Daar was bewys dat die kritiese strekfaktor in verband staan met die popul^ere breek meganika parameter, genaamd die kritiese vrylatings-energie-koers vir die voorspelling van bros line^ere-elastiese faling. 'n Onlangse verklaring meen dat die kritiese strekfaktor vir duktiele falingsgedrag, bereken kan word met die nie-line^ere kritiese vrylatings-energie-koers, beter bekend as die J- integraal. Die doel van hierdie tesis was om te meet hoe geldig die gebruik van die J-integraal is om die kritiese strekfaktor te bereken, om sodoende duktiele breking te ondersoek. Standaard ASTM breukmeganika toetse op Polimetilmetakrilat, vlekvrye staal 304L en aluminium 1200H4 is uitgevoer om die kritiese vrylatings-energie-koers en Weerstandskurwes te bepaal. Verder was 'n nuwe peridinamies-gebaseerde algoritme ontwikkel. Die laasgenoemde implementeer die berekening van 'n kritiese strekfaktor, gebaseer op die kritiese vrylatings-energie-koers, sowel as Digitale Beeld Korrelasie (BDK) vol oppervlaks-verplasings veld metings van gebreekte materiale. Dit is in staat om die peridinamiese skade te bereken, tesame met die beeld wat veroorsaak was van bros krake en plastiese vervorming in duktiele materiale. Hierdie benadering is aangewend om die gebruik van 'n vrylatings-energie-koers gebaseerde falings kriterium vir bros line^ere-elastiese falings in peridinamika te bekragtig. 'n Goeie korrelasie tussen toets resultate is ook gevind vir die opsporing van skade wat veroorsaak is deur plastiese deformasie in die legerings waar die onderskeilike J-integrale gebruik was as falings kriteria. Daarbenewens, was Verandere Arcan toetse uitgevoer om die Modes I, Modes II en gemenge Modes falingsresultate te verkry. Die Modes I peridinamiese model het goed vergelyk met die toetsresultate en het gedien as bekragtiging vir die falingsbenaderings. Verder was dit aangevoer dat Modes I falings kriterium in beginsel nie gebruik kan word om skuiffaling te modelleer nie. Dus was dit voorgestel om eerder die toepaslike Modes II en gemengde Modes kritieke vrylatings-energie-koerse te gebruik om onderskeie falings te voorspel in peridinamiese modelle. Dit was ook gevind dat vir die voorspelling van duktiele falingslaste die drumpel vrylatings-energie-koers, wat verkrygbaar is vanaf die Weerstands-kurwe, aansienlik meer akkurate resultate gee, in vergelyking met die gebruik van die kritiese vrylatings-energie-koers, m.a.w. die J-integraal. In hierdie tesis was dit gewys dat daar groot potensiaal bestaan vir die opsporing en karakterisering van krake en falings met 'n peridinamies-gebaseerde benadering, deur dit te skakel met BDK vol verplasings veld metings en die kritiese vrylatings-energie-koers van 'n bepaalde strukturele materiaal.
Bargos, Fabiano Fernandes 1984. "Aspects of the discretized peridynamic theory and the finite element method for concurrent multiscale simulation = Aspectos da teoria peridinâmica discretizada e do método dos elementos finitos para simulação em múltiplas escalas concorrentes." [s.n.], 2009. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/263447.
Full textDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica
Made available in DSpace on 2018-08-22T02:31:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bargos_FabianoFernandes_M.pdf: 142755072 bytes, checksum: b7dcee861f8864c85cd32b66447f6d26 (MD5) Previous issue date: 2009
Resumo: Nesse trabalho, considera-se a simulação em múltiplas escalas concorrentes, usando a teoria peridinâmica e a elasticidade clássica, para a simulação de problemas de engenharia. Primeiramente a teoria peridinâmica em uma dimensão é estudada em detalhes com o foco na aplicação de condições de contorno de Dirichlet. Problemas de estado plano de tensão em chapas com e sem furo são considerados. É proposto um método de pós-processamento dos resultados de peridinâmica para o cálculo das tensões no material. Em seguida, a peridinâmica discretizada é acoplada ao método dos elementos finitos por meio de dois diferentes programas de computador, um especializado em peridinâmica e o outro em elementos finitos. A modelagem acoplada é usada para prever a formação e a propagação de uma trinca em uma chapa com furo. O fenômeno macroscópico de formação e propagação de trincas é resultado de processos físicos com origem na escala atomística. No entanto, as simulações existentes deste tipo problema são normalmente feitas com abordagens baseadas na teoria do contínuo, como a mecânica da fratura e o dano contínuo, que não consideram aspectos atomísticos do problema. A teoria peridinâmica é uma formulação da mecânica do contínuo em termos de equações integrais, permitindo a solução de problemas que apresentam descontinuidades. Na peridinâmica, trincas se propagam autonomamente como componentes naturais da deformação do material. Há um paralelo entre a formulação peridinâmica e a dinâmica molecular, um método atomístico. Em ambas as abordagens o movimento de uma partícula é encontrado através de um processo de somatório de forças devido às partículas vizinhas. No esquema de simulação em múltiplas escalas concorrentes aqui propostos, a peridinâmica é usada em pequenas porções do domínio onde a falha do material é esperada e a elasticidade clássica, usando o método dos elementos finitos, é utilizada no restante do domínio do problema. Os resultados mostram que a metodologia proposta para cálculo de tensões é satisfatória. A importância da correta imposição de condições de contorno de Dirichlet no domínio de peridinâmica também é destacado (este aspecto é de fundamental relevância para a abordagem acoplada, peridinâmica/elementos finitos). Finalmente, o padrão de propagação da trinca está de acordo com os resultados esperados
Abstract: We consider the peridynamic theory and the theory of classical elasticity for concurrent multiscale simulation of engineering problems. First the peridynamic theory in one dimension is studied in details focusing on the application of Dirichlet boundary conditions. Two-dimensional plane stress problems in plates with or without hole are considered. We propose a methodology to post-processing the peridynamics results in order to estimate stresses in the material. Then, the discretized peridynamics is coupled to finite elements by two different computer programs; one specialized in peridynamics and the other in finite elements. The coupled approach is used to estimate the crack formation and propagation in a plate with hole. The macroscopic phenomenon of crack formation and propagation is a result of physical processes with their origin in the atomistic scale. However, computer simulations of this type of problem are usually performed with continuum based approaches, such as fracture mechanics and continuum damage, which do not consider atomistic aspects of the problem. The peridynamic theory is a formulation of continuum mechanics in terms of integral equations allowing the solution of problems with discontinuities. In peridynamics cracks progress autonomously as natural consequence of the material deformation. There is a parallel between the peridynamic formulation and molecular dynamics, an atomistic method. In both approaches the motion of a particle is found by a process of summation of forces due to neighboring particles. In our concurrent multiscale scheme, peridynamics is used in small portions of the domain where material failure is expected and classical elasticity is used for modeling the rest of the problem domain. The results show that the proposed methodology for computing stresses is satisfactory. The importance of correctly imposing Dirichlet boundary conditions in the peridynamic domain is also highlighted (this aspect is of fundamental relevance for the coupled peridynamics/finite element approach). Finally, the pattern of the cracking agrees with the expected results
Mestrado
Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico
Doutor em Engenharia Mecânica
Evangelatos, Georgios. "Propagation via a Peridynamics Formulation: A Stochastic\Deterministic Perspective." Thesis, 2011. http://hdl.handle.net/1911/64430.
Full textPelech, Petr. "Peridynamické a nelokální modely v mechanice kontinua pevných látek." Master's thesis, 2016. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-352762.
Full textHabibian, Anahita. "Multi-material topology optimization of structures with discontinuities using Peridynamics." Thesis, 2020. http://hdl.handle.net/1828/12528.
Full textGraduate
Kuo, Shih-Mo, and 郭士模. "The development of coupled peridynamics and iso-geometric analysis method for dynamic analysis." Thesis, 2017. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/pe9sxd.
Full text國立臺灣海洋大學
系統工程暨造船學系
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The thick plates (over 20 mm) are the most important structural member for the construction of ultra large ships and marine structures. One of the most essential design requirement for thick plates is the crack generation and accumulation, which greatly affect the reliability and safety of the structure. Therefore, the design rule usually demand shipyard to provide documents regarding crack accumulation for inspection. In order to satisfy the new design purpose, the method we proposed is the development of coupled peridynamics and iso-geometric analysis method for dynamic analysis. The IGA method is recently developed method in the field of solid mechanics. It is currently one of the most robust method for solving problems with complex surface geometry and deformation, which is a perfect match for the ship structural analysis. On the other hand, peridynamics is a new particle based method that can solve the crack problem efficiently. In the future, we will extend the program of this research to model the crack formation and propagation on ship. To couple these two methods, we introduced two possible approaches: subdomain interface and overlapping interface. In subdomain interface method, the IGA domain and peridynamics domain only share the interface line. We use penalty method to enforce the continuity of displacement on the interface. In overlapping interface method, the coupling zone where the IGA mesh and peridynamics particle overlapping with each other is introduced. The penalty method is also applied in the coupling area to maintain the continuity. In the end, we verify the proposed method by one- dimension wave propagation problem. The comparisons of different discrete-density, time-step size, the effect of penalty number and coupling zone are also discussed in here.
Wang, Yongwei. "Hybrid Local/Nonlocal Continuum Mechanics Modeling and Simulation for Material Failure." Diss., 2020. http://hdl.handle.net/10754/663729.
Full textAzdoud, Yan. "A hybrid local/non-local framework for the simulation of damage and fracture." Diss., 2014. http://hdl.handle.net/10754/312218.
Full textPelech, Petr. "Variační metody v termomechanice kontinua pevné fáze." Doctoral thesis, 2020. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-437540.
Full textAbdelhamid, Ahmed. "A non-gradient heuristic topology optimization approach using bond-based peridynamic theory." Thesis, 2017. https://dspace.library.uvic.ca//handle/1828/8452.
Full textGraduate