BEM solutions for linear elastic and fracture mechanics problems with microstructural effects

During this thesis, a Boundary Element Method (BEM) has been developed for the solution of static linear elastic problems with microstructural effects in two (2D) and three dimensions (3D).The second simplified form of Mindlin's Generalized Gradient Elasticity Theory (Mindlin's Form II)has...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Καρλής, Γεράσιμος
Other Authors: Πολύζος, Δημοσθένης
Format: Thesis
Language:English
Published: 2009
Subjects:
Online Access:http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/2236
id nemertes-10889-2236
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Boundary element method
Higher order gradient theory
Gradient elasticity
Fracture mechanics
Stress intensity factor
Μέθοδος συνοριακών στοιχείων
Θεωρία ελαστικότητας ανωτέρων βαθμίδων
Βαθμοελαστικότητα
Θραυστομηχανική
Συντελεστής έντασης τάσης
620.112 32
spellingShingle Boundary element method
Higher order gradient theory
Gradient elasticity
Fracture mechanics
Stress intensity factor
Μέθοδος συνοριακών στοιχείων
Θεωρία ελαστικότητας ανωτέρων βαθμίδων
Βαθμοελαστικότητα
Θραυστομηχανική
Συντελεστής έντασης τάσης
620.112 32
Καρλής, Γεράσιμος
BEM solutions for linear elastic and fracture mechanics problems with microstructural effects
description During this thesis, a Boundary Element Method (BEM) has been developed for the solution of static linear elastic problems with microstructural effects in two (2D) and three dimensions (3D).The second simplified form of Mindlin's Generalized Gradient Elasticity Theory (Mindlin's Form II)has been employed. The fundamental solution of the 4th order partial differential equation, that describes the aforementioned theory, has been derived and the integral equations that govern Mindlin's Form II Gradient Elasticity Theory have been obtained. Furthermore, a BEM formulation has been developed and specific Boundary Value Problems (BVPs) were solved numerically and compared with the corresponding analytical solutions to verify the correctness of the formulation and demonstrate its accuracy. Moreover, two new partially discontinuous boundary elements with variable order of singularity, a line and a quadrilateral element, have been developed for the solution of fracture mechanics problems. The calculation of the unknown fields near the crack tip (or front) demanded the use of elements that could interpolate abruptly varying fields. The new elements were created in a way that their interpolation functions were no longer quadratic but their behavior depended on the order of singularity of each field. Finally, the Stress Intensity Factor (SIF) of the crack has been calculated with high accuracy, based on the element's nodal traction values. Static fracture mechanics problems for Mode I and Mixed Mode (I & II) cracks, have been solved in 2D and 3D and the corresponding SIFs have been obtained, in the context of both classical and Form II Gradient Elasticity theories.
author2 Πολύζος, Δημοσθένης
author_facet Πολύζος, Δημοσθένης
Καρλής, Γεράσιμος
format Thesis
author Καρλής, Γεράσιμος
author_sort Καρλής, Γεράσιμος
title BEM solutions for linear elastic and fracture mechanics problems with microstructural effects
title_short BEM solutions for linear elastic and fracture mechanics problems with microstructural effects
title_full BEM solutions for linear elastic and fracture mechanics problems with microstructural effects
title_fullStr BEM solutions for linear elastic and fracture mechanics problems with microstructural effects
title_full_unstemmed BEM solutions for linear elastic and fracture mechanics problems with microstructural effects
title_sort bem solutions for linear elastic and fracture mechanics problems with microstructural effects
publishDate 2009
url http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/2236
work_keys_str_mv AT karlēsgerasimos bemsolutionsforlinearelasticandfracturemechanicsproblemswithmicrostructuraleffects
AT karlēsgerasimos epilysēproblēmatōngrammikēselastikotētaskaithraustomēchanikēsseylikamemikrodomēmetēmethodosynoriakōnstoicheiōn
_version_ 1771297245730177024
spelling nemertes-10889-22362022-09-05T14:11:14Z BEM solutions for linear elastic and fracture mechanics problems with microstructural effects Επίλυση προβλημάτων γραμμικής ελαστικότητας και θραυστομηχανικής σε υλικά με μικροδομή με τη μέθοδο συνοριακών στοιχείων Καρλής, Γεράσιμος Πολύζος, Δημοσθένης Πολύζος, Δημοσθένης Χαραλαμπόπουλος, Αντώνιος Μπέσκος, Δημήτριος Φωτιάδης, Δημήτριος Ανυφαντής, Νικόλαος Φιλιππίδης, Θεόδωρος Καράμπαλης, Δημήτριος Boundary element method Higher order gradient theory Gradient elasticity Fracture mechanics Stress intensity factor Μέθοδος συνοριακών στοιχείων Θεωρία ελαστικότητας ανωτέρων βαθμίδων Βαθμοελαστικότητα Θραυστομηχανική Συντελεστής έντασης τάσης 620.112 32 During this thesis, a Boundary Element Method (BEM) has been developed for the solution of static linear elastic problems with microstructural effects in two (2D) and three dimensions (3D).The second simplified form of Mindlin's Generalized Gradient Elasticity Theory (Mindlin's Form II)has been employed. The fundamental solution of the 4th order partial differential equation, that describes the aforementioned theory, has been derived and the integral equations that govern Mindlin's Form II Gradient Elasticity Theory have been obtained. Furthermore, a BEM formulation has been developed and specific Boundary Value Problems (BVPs) were solved numerically and compared with the corresponding analytical solutions to verify the correctness of the formulation and demonstrate its accuracy. Moreover, two new partially discontinuous boundary elements with variable order of singularity, a line and a quadrilateral element, have been developed for the solution of fracture mechanics problems. The calculation of the unknown fields near the crack tip (or front) demanded the use of elements that could interpolate abruptly varying fields. The new elements were created in a way that their interpolation functions were no longer quadratic but their behavior depended on the order of singularity of each field. Finally, the Stress Intensity Factor (SIF) of the crack has been calculated with high accuracy, based on the element's nodal traction values. Static fracture mechanics problems for Mode I and Mixed Mode (I & II) cracks, have been solved in 2D and 3D and the corresponding SIFs have been obtained, in the context of both classical and Form II Gradient Elasticity theories. Κατά τη διάρκεια της παρούσας διδακτορικής διατριβής, αναπτύχθηκε Μέθοδος Συνοριακών Στοιχείων (ΜΣΣ) για την επίλυση στατικών προβλημάτων ελαστικότητας με επιδράσεις μικροδομής σε δύο και τρεις διαστάσεις. Η θεωρία στην οποία εφαρμόστηκε η ΜΣΣ είναι η δεύτερη απλοποιημένη μορφή της γενικευμένης θεωρίας ελαστικότητας του Mindlin. Για τη συγκεκριμένη θεωρία ευρέθη η θεμελιώδης της μερικής διαφορικής εξίσωσης 4ης τάξης που περιγράφει τη συμπεριφορά των συγκεκριμένων υλικών και κατασκευών. Επίσης διατυπώθηκε η ολοκληρωτική εξίσωση των αντίστοιχων προβλημάτων και έγινε η αριθμητική εφαρμογή μέσω της ΜΣΣ. Επιλύθηκα αριθμητικά συγκεκριμένα προβλήματα συνοριακών τιμών και έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων με τα αντίστοιχα θεωρητικά. Στη συνέχεια αναπτύχθηκαν δύο νέα ασυνεχή στοιχεία μεταβλητής τάξης ιδιομορφίας με σκοπό την επίλυση προβλημάτων θραυστομηχανικής, ένα για δισδιάστατα και ένα για τρισδιάστατα προβλήματα. Συγκεκριμένα, επειδή τα πεδία των τάσεων απειρίζονται στην κορυφή μιας ρωγμής και περιέχουν συγκεκριμένων τύπων ιδιομορφίες δεν ήταν δυνατός ο ακριβής υπολογισμός των πεδίων αυτών κοντά στη ρωγμή με τα συνήθη τετραγωνικά συνοριακά στοιχεία. Ως εκ τούτου τα νέα στοιχεία κατασκευάστηκαν με τέτοιο τρόπο ώστε οι συναρτήσεις παρεμβολής τους να μην είναι τετραγωνικες, αλλά να εξαρτώνται από τον τύπο ιδιομορφίας του κάθε πεδίου. Έπειτα, έγινε ακριβής υπολογισμός του συντελεστή έντασης τάσης της ρωγμής με βάση τις τιμές του πεδίου των τάσεων κοντά σε αυτή. Τέλος επιλύθηκαν στατικά προβλήματα θραυστομηχανικής σε δύο και τρεις διαστάσεις και υπολογίστηκαν οι συντελεστές έντασης τάσης για ρωγμές σε υλικά με επίδραση μικροδομής. 2009-11-02T07:40:51Z 2009-11-02T07:40:51Z 2009-06-17 2009-11-02T07:40:51Z Thesis http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/2236 en Η ΒΥΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. 0 application/pdf