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ULiege - Aerospace & Mechanical Engineering

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doc:user:elements:volumes:iso_hypo_materials

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doc:user:elements:volumes:iso_hypo_materials [2015/06/26 18:35] – [KevinVoigtViscoElastHypoMaterial] papeleuxdoc:user:elements:volumes:iso_hypo_materials [2022/07/14 12:39] – papeleux
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 | Young's modulus                                    |  ''ELASTIC_MODULUS''  |              | | Young's modulus                                    |  ''ELASTIC_MODULUS''  |              |
 | Poisson Ratio                                      |   ''POISSON_RATIO''   |              | | Poisson Ratio                                      |   ''POISSON_RATIO''   |              |
 +| Material Stiffness  \\ (0 : Ana - 1 : Num) \\ only if element Stiffness == STIFF_ANALYTIC | ''MATERIALSTIFFMETHOD''  |      -       |
 | Objectivity Method \\ (Jaumann = 0, GreenNaghdi = 1) |    ''OBJECTIVITY''    |      -       | | Objectivity Method \\ (Jaumann = 0, GreenNaghdi = 1) |    ''OBJECTIVITY''    |      -       |
 | Orthotropic axis                                   |    ''ORTHO_AX1_X''    |      -       | | Orthotropic axis                                   |    ''ORTHO_AX1_X''    |      -       |
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 | Young's modulus                                |  ''ELASTIC_MODULUS''  |             | | Young's modulus                                |  ''ELASTIC_MODULUS''  |             |
 | Poisson ratio                        |   ''POISSON_RATIO''   |             | | Poisson ratio                        |   ''POISSON_RATIO''   |             |
 +| Material Stiffness  \\ (0 : Ana - 1 : Num) \\ only if element Stiffness == STIFF_ANALYTIC | ''MATERIALSTIFFMETHOD''  |      -       |
 | Objectivity method \\ (Jaumann = 0, GreenNaghdi = 1)   |    ''OBJECTIVITY''    |     -       | | Objectivity method \\ (Jaumann = 0, GreenNaghdi = 1)   |    ''OBJECTIVITY''    |     -       |
 | Orthotropic axis                              |    ''ORTHO_AX1_X''    |     -       | | Orthotropic axis                              |    ''ORTHO_AX1_X''    |     -       |
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 === Description === === Description ===
  
-Kelvin-Voigt viscoelastic law+The Kelvin-Voigt viscoelastic law result in adding a viscous effect on the elastic material. 
 +The similar spring/damper model is shown at the figure below 
 +{{ :doc:user:elements:volumes:kelvinvoigt.png?100 |}} 
 + 
 +The effect of viscosity is only impacting deviatoric stresses  
 +(all computations done on a finite time step $\Delta t$) 
 + 
 +$$ 
 +\begin{cases} 
 +p^{1}  = p^{0} + 3K {\Delta\epsilon}_{ii} \\ 
 +s^{1}_{ij}  = s^{0}_{ij} + 2G {\Delta\hat{\epsilon}}_{ij} + \eta \frac{{\Delta\hat{\epsilon}}_{ij}}{\Delta t} 
 +\end{cases} 
 +$$ 
 + 
 + 
 +where $K$ and $G$ are compressibility and shear modulus. 
 + 
 + 
 +=== Parameters === 
 + 
 +^   Name                                             ^     Metafor Code     ^  Dependency  ^ 
 +| Density                                           |   ''MASS_DENSITY''    |      -       | 
 +| Young's modulus                                   |  ''ELASTIC_MODULUS''  |    TO/TM     | 
 +| Poisson Ratio                                     |   ''POISSON_RATIO''   |    TO/TM     | 
 +| Viscosity coefficient                             |   ''VISCO_ETA''       |    TO/TM     | 
 + 
 + 
 +===== GeneralizedMaxwellViscoElastHypoMaterial===== 
 + 
 +=== Description === 
 + 
 +The GeneralizedMaxwell viscoelastic model result in adding of up to now, maximum 2 visco-elastic Maxwell branches to the elastic material. The similar spring/damper model is shown at the figure below 
 +{{ :doc:user:elements:volumes:generalizedmaxwell.png?400 |}} 
 + 
 +Defining Maxwell viscous parameters from materials data (for each Maxwell branch):  
 + 
 +$$ 
 +\begin{cases} 
 +\Gamma_{i} &= \frac{\mu_{i}}  {2G}\\ 
 +\tau_{i}   &= \frac{\eta_{i}} {\mu_{i}} 
 +\end{cases} 
 +$$ 
 + 
 +The stresses in each Maxwell branch consist in 2 effects :  
 +  - the relaxation of previous time step stresses in this Maxwell branch 
 +  - the stress modification due to strain increment ${\Delta\epsilon}_{ij}$ 
 + 
 + 
 +$$ 
 +\begin{cases} 
 +p^{1}      &= p^{0} + 3K {\Delta\epsilon}_{ii} \\ 
 +\underline{s}^{1}  &= \underline{s}_{E}^{1} + \underline{s}^{1}_{M1} + \underline{s}^{1}_{M2} 
 +\end{cases} 
 +$$ 
 +Stresses in each branch are computed using :  
 +$$ 
 +\begin{cases} 
 +\underline{s}_{E}^{1}  &= \underline{s}_{E}^{0} + 2G {\Delta\hat{\underline{\epsilon}}} \\ 
 +\underline{s}^{1}_{M1} &= e^{(\frac{-\Delta t}{\tau_{1}})} \underline{s}^{0}_{M1} + \Gamma_{1} (1-e^{\frac{-\Delta t}{\tau_{1}}}) \frac{\tau_{1}}{\Delta t} 2G {\Delta\hat{\underline{\epsilon}}} \\ 
 +\underline{s}^{1}_{M2} &= e^{(\frac{-\Delta t}{\tau_{2}})} \underline{s}^{0}_{M2} + \Gamma_{2} (1-e^{\frac{-\Delta t}{\tau_{2}}}) \frac{\tau_{2}}{\Delta t} 2G {\Delta\hat{\underline{\epsilon}}} \\ 
 +\end{cases} 
 +$$ 
 + 
 +where $K$ and $G$ are compressibility and shear modulus, ${\Delta\underline{\epsilon}}$ is the stain increment during the time step  $\Delta t$. 
 +these equations shown clearly the necessity to track history of the total stresses but also to each Maxwell branch stresses $\underline{s}^{1}_{M1}$ and $\underline{s}^{1}_{M2}$. 
  
 === Parameters === === Parameters ===
 +       
  
 ^   Name                                             ^     Metafor Code     ^  Dependency  ^ ^   Name                                             ^     Metafor Code     ^  Dependency  ^
-| Density                                           |   ''MASS_DENSITY''    |              | +| Density                                           |   ''MASS_DENSITY''    |      -       | 
-| Young's modulus                                   |  ''ELASTIC_MODULUS''  |              | +| Young's modulus                                   |  ''ELASTIC_MODULUS''  |    TO/TM     | 
-| Poisson Ratio                                     |   ''POISSON_RATIO''   |              | +| Poisson Ratio                                     |   ''POISSON_RATIO''   |    TO/TM     | 
-| Viscosity coefficient                             |   ''VISCO_ETA''   |              |+| Material Stiffness  \\ (0 : Ana - 1 : Num) \\ only if element Stiffness == STIFF_ANALYTIC | ''MATERIALSTIFFMETHOD''  |      -       | 
 +| Number of Maxwell branches 1 (default) or 2       |  ''NBMAXWELLBRANCH''  |      -       | 
 +| Maxwel 1 Stiffness                                |   ''VISCO_MU1''       |      -       | 
 +| Maxwel 1 Viscosity                                |   ''VISCO_ETA1''      |      -       | 
 +| Maxwel 2 Stiffness                                |   ''VISCO_MU2''       |      -       | 
 +| Maxwel 2 Viscosity                                |   ''VISCO_ETA2''      |      -       |
  
 +model implemented based on {{:doc:user:references:materials:1997_formulation_and_implementation_of_three-dimensional_viscoelasticity_at_small_and_finite_strains_kaliske_rothert.pdf|Kaliske M,
 +Rothert H. Formulation and implementation of three-dimensional viscoelasticity at small and finite strains. Computational Mechanics 1997;19:228-239.}}
 ===== EvpIsoHHypoMaterial ===== ===== EvpIsoHHypoMaterial =====
  
Line 86: Line 161:
 | Young's Modulus                                      |  ''ELASTIC_MODULUS''     |  ''TM''  | | Young's Modulus                                      |  ''ELASTIC_MODULUS''     |  ''TM''  |
 | Poisson Ratio                                     |   ''POISSON_RATIO''      |    -     | | Poisson Ratio                                     |   ''POISSON_RATIO''      |    -     |
 +| Material Stiffness  \\ (0 : Ana - 1 : Num) \\ only if element Stiffness == STIFF_ANALYTIC | ''MATERIALSTIFFMETHOD''  |      -       |
 | Thermal Expansion                                 |  ''THERM_EXPANSION''     |  ''TM''  | | Thermal Expansion                                 |  ''THERM_EXPANSION''     |  ''TM''  |
 | Number of the material law which defines the yield stress $\sigma_{yield}$    |      ''YIELD_NUM''       |    -     | | Number of the material law which defines the yield stress $\sigma_{yield}$    |      ''YIELD_NUM''       |    -     |
Line 131: Line 207:
 | Young's Modulus                                                              |  ''ELASTIC_MODULUS''  |  ''TO/TM''  | | Young's Modulus                                                              |  ''ELASTIC_MODULUS''  |  ''TO/TM''  |
 | Poisson Ratio                                                          |   ''POISSON_RATIO''   |  ''TO/TM''  | | Poisson Ratio                                                          |   ''POISSON_RATIO''   |  ''TO/TM''  |
 +| Material Stiffness  \\ (0 : Ana - 1 : Num) \\ only if element Stiffness == STIFF_ANALYTIC | ''MATERIALSTIFFMETHOD''  |      -       |
 | Thermal expansion                                                         |  ''THERM_EXPANSION''  |  ''TO/TM''  | | Thermal expansion                                                         |  ''THERM_EXPANSION''  |  ''TO/TM''  |
 | Number of the material law which defines the yield stress $\sigma_{yield}$    |      ''YIELD_NUM''    |    -        | | Number of the material law which defines the yield stress $\sigma_{yield}$    |      ''YIELD_NUM''    |    -        |
Line 164: Line 241:
 | Young's Modulus                                      |  ''ELASTIC_MODULUS''     |  ''TM''  | | Young's Modulus                                      |  ''ELASTIC_MODULUS''     |  ''TM''  |
 | Poisson Ratio                                  |   ''POISSON_RATIO''      |    -     | | Poisson Ratio                                  |   ''POISSON_RATIO''      |    -     |
 +| Material Stiffness  \\ (0 : Ana - 1 : Num) \\ only if element Stiffness == STIFF_ANALYTIC | ''MATERIALSTIFFMETHOD''  |      -       |
 | Thermal expansion                                 |  ''THERM_EXPANSION''     |  ''TM''  | | Thermal expansion                                 |  ''THERM_EXPANSION''     |  ''TM''  |
 | Number of the material law which defines the yield stress $\sigma_{yield}$  |      ''YIELD_NUM''       |    -     | | Number of the material law which defines the yield stress $\sigma_{yield}$  |      ''YIELD_NUM''       |    -     |
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 | Young's Modulus                                      |  ''ELASTIC_MODULUS''  |  ''TO/TM''  | | Young's Modulus                                      |  ''ELASTIC_MODULUS''  |  ''TO/TM''  |
 | Poisson Ratio                                  |   ''POISSON_RATIO''   |  ''TO/TM''  | | Poisson Ratio                                  |   ''POISSON_RATIO''   |  ''TO/TM''  |
 +| Material Stiffness  \\ (0 : Ana - 1 : Num) \\ only if element Stiffness == STIFF_ANALYTIC | ''MATERIALSTIFFMETHOD''  |      -       |
 | Thermal Expansion                                |  ''THERM_EXPANSION''  |  ''TO/TM''  | | Thermal Expansion                                |  ''THERM_EXPANSION''  |  ''TO/TM''  |
 | Number of the material law which defines the yield stress $\sigma_{yield}$     |    ''YIELD_NUM''  |  -   | | Number of the material law which defines the yield stress $\sigma_{yield}$     |    ''YIELD_NUM''  |  -   |
Line 236: Line 315:
 | Young's Modulus                           |   ''ELASTIC_MODULUS''  | | | Young's Modulus                           |   ''ELASTIC_MODULUS''  | |
 | Poisson Ratio                    |    ''POISSON_RATIO''   | | | Poisson Ratio                    |    ''POISSON_RATIO''   | |
 +| Material Stiffness  \\ (0 : Ana - 1 : Num) \\ only if element Stiffness == STIFF_ANALYTIC | ''MATERIALSTIFFMETHOD''  |      -       |
 | Number of the material law which defines the yield stress $\sigma_{yield}$ |      ''YIELD_NUM''       |    -     | | Number of the material law which defines the yield stress $\sigma_{yield}$ |      ''YIELD_NUM''       |    -     |
 | Number of the damage evolution law              |     ''DAMAGE_NUM''     | | | Number of the damage evolution law              |     ''DAMAGE_NUM''     | |
Line 278: Line 358:
  
 $$ $$
-f=\dfrac{\overline{\sigma}}{1-D}-\sigma_{yield}=0+f=\dfrac{\overline{\sigma}}{1-h\cdot D}-\sigma_{yield}=0
 $$ $$
  
-where $ \overline{\sigma} $ is the equivalent stress computed as a function of [[doc:user:elements:volumes:plasticity_criterion#vonmisesplasticcriterion|Von Mises plasticy criterion]], $ \sigma_{yield} $ is the yield stress, $ D $ is the damage variable updated as a function of the [[doc:user:elements:volumes:continuousdamage|damage evolution law]].+where $ \overline{\sigma} $ is the equivalent stress computed as a function of [[doc:user:elements:volumes:plasticity_criterion#vonmisesplasticcriterion|Von Mises plasticy criterion]], $ \sigma_{yield} $ is the yield stress, $ D $ is the damage variable updated as a function of the [[doc:user:elements:volumes:continuousdamage|damage evolution law]]. Moreover, $h$ is the Micro-Crack Closure Effect parameter that makes the distinction of the weakening effect of damage under compressive and tensile stress states, which is defined as: 
 +$$ 
 + h = \left\{ 
 + \begin{array}{ll} 
 +  \text{DAMAGE_MCCE} &\mbox{, if } \dfrac{p}{J_2}< 0.0\\ 
 +  1.0 &\mbox{, if } \dfrac{p}{J_2}\geq 0.0\\ 
 + \end{array} 
 + \right. 
 +$$
  
 The evolution law coupled with plasticity can be integrated three ways depending on the parameter ''TYPE_INTEG'': The evolution law coupled with plasticity can be integrated three ways depending on the parameter ''TYPE_INTEG'':
Line 295: Line 383:
 | Young's Modulus                               |   ''ELASTIC_MODULUS''   |  ''TM''  | | Young's Modulus                               |   ''ELASTIC_MODULUS''   |  ''TM''  |
 | Poisson Ratio                           |    ''POISSON_RATIO''    |    -     | | Poisson Ratio                           |    ''POISSON_RATIO''    |    -     |
 +| Material Stiffness  \\ (0 : Ana - 1 : Num) \\ only if element Stiffness == STIFF_ANALYTIC | ''MATERIALSTIFFMETHOD''  |      -       |
 | Number of the material law which defines the yield stress $\sigma_{yield}$ |      ''YIELD_NUM''       |    -     | | Number of the material law which defines the yield stress $\sigma_{yield}$ |      ''YIELD_NUM''       |    -     |
 | Number of the damage evolution law      |     ''DAMAGE_NUM''      |    -     | | Number of the damage evolution law      |     ''DAMAGE_NUM''      |    -     |
 | Initial damage                         |     ''DAMAGE_INIT''     |    -     | | Initial damage                         |     ''DAMAGE_INIT''     |    -     |
 | Integration method                         |     ''TYPE_INTEG''      |    -     | | Integration method                         |     ''TYPE_INTEG''      |    -     |
 +| Micro-Crack Closure Effect parameter (=1.0 by default)   |    ''DAMAGE_MCCE''     | |
  
 ===== ContinuousAnisoDamageEvpIsoHHypoMaterial ===== ===== ContinuousAnisoDamageEvpIsoHHypoMaterial =====
Line 329: Line 419:
 | Young's Modulus                               |   ''ELASTIC_MODULUS''   |  ''TM''  | | Young's Modulus                               |   ''ELASTIC_MODULUS''   |  ''TM''  |
 | Poisson Ratio                           |    ''POISSON_RATIO''    |    -     | | Poisson Ratio                           |    ''POISSON_RATIO''    |    -     |
 +| Material Stiffness  \\ (0 : Ana - 1 : Num) \\ only if element Stiffness == STIFF_ANALYTIC | ''MATERIALSTIFFMETHOD''  |      -       |
 | Number of the material law which defines the yield stress $\sigma_{yield}$   |      ''YIELD_NUM''       |    -     | | Number of the material law which defines the yield stress $\sigma_{yield}$   |      ''YIELD_NUM''       |    -     |
 | Number of the damage evolution law      |     ''DAMAGE_NUM''      |    -     | | Number of the damage evolution law      |     ''DAMAGE_NUM''      |    -     |
Line 355: Line 446:
 | Young's Modulus                                                   |  ''ELASTIC_MODULUS''  |  ''TO/TM''  | | Young's Modulus                                                   |  ''ELASTIC_MODULUS''  |  ''TO/TM''  |
 | Poisson Ratio                                               |    ''POISSON_RATIO''  |    -       | | Poisson Ratio                                               |    ''POISSON_RATIO''  |    -       |
 +| Material Stiffness  \\ (0 : Ana - 1 : Num) \\ only if element Stiffness == STIFF_ANALYTIC | ''MATERIALSTIFFMETHOD''  |      -       |
 | Number of the material law which defines the yield stress $\sigma_{yield}$   |      ''YIELD_NUM''       |    -     | | Number of the material law which defines the yield stress $\sigma_{yield}$   |      ''YIELD_NUM''       |    -     |
 | Number of the damage evolution law                          |     ''DAMAGE_NUM''    |    -       | | Number of the damage evolution law                          |     ''DAMAGE_NUM''    |    -       |
doc/user/elements/volumes/iso_hypo_materials.txt · Last modified: 2022/07/14 12:41 by papeleux
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