روشی جدید بر مبنای استفاده از المان های با ضخامت صفر در مدل سازی گسترش باند برشی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

در این مقاله یک روش جدید برای مدل سازی باند برشی ارائه شده است. برای مدل سازی، به منظور یافتن مسیر ناپیوستگی از تحلیل دوشاخه ای استفاده شده است، همچنین برای اولین بار برای مدل سازی ناپیوستگی، المان های با ضخامت صفر به کار گرفته شده است. با استفاده از درایه های تانسور سختی مماسی، یک تابع محاسبه شده که با استفاده از علامت و ریشه های مشتق این تابع، مکان و جهت ناپیوستگی تعیین شده است. پس از شروع محلی شدن کرنش، با استفاده از المان های با ضخامت صفر در مسیر ناپیوستگی رفتار باند برشی مدل سازی شده است. با ادامه بارگذاری گسترش باند برشی مدل سازی شده است. این روش در دو مثال عددی مورد استفاده قرار گرفته و نتایج آن با نتایج روش های موجود مقایسه شده است که نشان دهنده توانایی روش در مدل سازی رفتار باند برشی می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A new method for modeling of shear band propagation using zero thickness elements

نویسندگان [English]

  • Rana Asemani
  • Omid Reza Barani
K.N.TOOSI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
چکیده [English]

A shear band is a narrow zone of intense shearing strain within a largely unsheared matrix. During the shear band formation, relative tangential displacement of blocks of material on two sides of the band is occurred. Width of this region varies from a few to hundreds of microns. Despite of infinitesimal width of the band, its relative tangential deformation may extends to several centimeters and may even lead to macroscopic influences on the medium.

In this paper a new method for modeling of shear band is presented. A bifurcation analysis is used to detect the onset of localization in an element and to determine the geometry of the localized deformation modes. So a computational procedure is discussed for detecting the onset of localization and determining the localization directions and the shear band path. A zero thickness element is utilized to simulate the slip surface in the shear band.

Plane strain condition is assumed in numerical simulations and elasto-plastic finite element method is used in analysis.

When the onset of localization is detected, the zero thickness element is added to the shear band path which closely reproduces the shear band response. The proposed methodology is applied in two numerical examples and the results are compared with the other existing methods which demonstrate the ability of the method to resolve the geometry of localized failure modes and reproduce the shear band response.

The first example is a simple shear problem which includes a rectangular solid with fixed supports in its bottom, subjected to uniform shear deformation on the upper boundary. The second example is a slope failure problem which includes a downward displacement is applied on the middle of a rigid block on the top of a slope. The shear band path and the force-displacement curves are plotted for both examples and they have good agreement with the reported results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Finite Element
  • Zero thickness element
  • Shear band
  • modeling
  • Strain localization