Ductile fracture of metallic materials through micromechanics based cohesive zone elements

Sonlu elemanlar yöntemi ile beraber popülerlik kazanan kohezif bölge modellemesi, çatlak modellemesi, özellikle katman ayrılması, için yaygın olarak kullanılmıştır. Kohezif bölge modellerinin bünye denklemi, yani çekme-yer değiştirme eğrileri, çoğunlukla görüngüsel olarak çatlakların oluşması ve ilerlemesindeki fiziksel mekanizmalar dahil edilmeden türetilmektedir. Bu yaklaşım, mikromekanik olayların çekirdeklenme, büyüme ve porların birleşmesi ile açıklandığı sünek kırılma için de kullanılabilir. Bunun için fiziksel bir porun büyümesini hesaba katan mikromekanik temelli bir çekme-yer değiştirme eğrisi önceki çalışmalara dayanılarak geliştirildi [1–3]. Çekme direk olarak por oranı cinsinden elde edildi ve por oranının değişimi yer değiştirmeye bağlandı. Model iki boyutta içsel bir kohezif bölge modeli olarak uygulandı. Sonlu elemanlar yönteminin uygulama aşamaları ve metodolojisi, mod-I, mod-II ve karışık mod çatlakları için ayrıntılı olarak sunuldu. Karışık mod için türetme aşamaları sonucunda açık bir gösterim yerine çekme ve yer değiştirmeleri içeren bir akma fonksiyonu elde edildi. Dolayısıyla, karışık mod doğrusal olmayan denklem sistemini çözmek için örtük elastik-plastik bir numerik integrasyon düzeni kullanıldı. Uygulama, tek bir kohezif eleman ile testler yapılarak doğrulandı. Ayrıca model Abaqus içinde kullanıcı eleman altprogramı (UEL) olarak uygulandı ve sünek çatlak başlaması ve ilerlemesi üzerinde modelin kapasitesini ve por boyutu ve şekli gibi mikromekanik parametrelerin etkisini göstermek için nümerik CT ve SEN modelleri ile simülasyonlar yapıldı. Çalışma, geliştirilen mikromekanik modelin yüksek mukavemetli havacılık alaşımlarında belirli deformasyon mekanizmalarını açıklamada büyük bir potansiyel sunduğu gösterilerek ve modelin mikron boyutlu numunelerde kullanımına ilişkin bir bakış açısı sunularak sonuçlandırılmıştır.