Kursplan för Materialmekanik

Kursplan fastställd 2019-02-21 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnMaterial mechanics
  • KurskodMHA043
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPAME
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeMaskinteknik, Samhällsbyggnadsteknik, Sjöfartsteknik
  • InstitutionINDUSTRI- OCH MATERIALVETENSKAP
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 03115
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0116 Laboration 4,5 hp
Betygsskala: UG		 4,5 hp
0216 Tentamen 1,5 hp
Betygsskala: TH		 1,5 hp
  • 04 Jun 2021 em J
  • 10 Okt 2020 em J
  • 19 Aug 2021 fm J
0316 Dugga 1,5 hp
Betygsskala: UG		 1,5 hp

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Behörighet

Grundläggande behörighet för avancerad nivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Särskild behörighet

Engelska 6
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Kursspecifika förkunskaper

Vi förutsätter: grundläggande kurser i mekanik och hållfasthetslära motsvarande de kurser som erbjuds av maskinprogrammet på Chalmers, även matematik, särskilt, linjär algebra, analys, och numeriska metoder förutsätts. En grundkurs i FEM rekommenderas starkt.

Syfte

Den materialmekaniska modellen är en mycket viktig ingrediens i FEM-analysen av avancerade komponenter som t ex motorer, fordons-och anläggningsstrukturer etc. Det är välkänt att många konstruktionsmaterial avviker från att bete sig elastiskt under belastning. In-elasticiteten i materialet ser lite olika ut beroende på om lasten är ihållande, tidsberoende, kvasi-statisk med cyklisk variation eller om lasten utgörs av förhöjd temperatur. In-elasticiteten hos materialet yttrar sig som en olinjäritet på grund av utvecklingen av in-elastiska deformationer, som kan representeras med olika deformationskoncept som t ex elasto-plasticitet eller visko-elasto-plasticitet, beroende på omgivande temperatur och typ av mekanisk belastning.
Ett syfte med kursen är att utveckla grundläggande matematiska modellkoncept som beskriver icke-linjär spännings-töjningsrespons av materialet. Exempel på konstitutiva teorier är elasticitetsteori, elasto-plasticitet och elasto-visko-plasticitet som kan kombineras för att modellera ganska komplicerade fysiskaliskt observerade materialbeteenden, i samband med monoton och/eller cyklisk belastning. I själva verket beskrivs det observerade beteendet mer eller mindre väl av modelleringskonceptet, vilket innebär ytterligare materialparametrar jämfört med det perfekt elastiska fallet. Speciell teknik utvecklas i kursen för hur man kan identifiera dessa parametrar för en viss belastning.
Parallellt med den konceptuella modellutvecklingen, är ett annat syfte med kursen att utveckla era kunskaper om beräkningsmässig hantering av materialmodellerna för att öka modell förståelsen, underlätta kalibrering av materialparametrar samt för att beskriva kopplingen till finita elementanalysen.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

  • Tillämpa grundläggande begrepp för hur man homogeniserar den mekaniska responsen av ett materials representativa mikrostruktur.
  • Tillämpa och implementera grundläggande koncept för modellering med deformationsmekanismerna "elasto-plasticitet" och "elasto-viskoplasticitet" för observerade endimensionella spännings-töjningsfenomen.
  • Tillämpa och implementera fleraxliga spänning-töjnings samband vid elasto-plasticitet baserat på von Mises flytlag.
  • Formulera och implementera olinjära finita element analys med elasto-plastisk materialrespons med avseende på fleraxliga spännings-töjningstillstånd.
  • Formulera och genomföra kalibrering mellan modellparametrar från materialmodellen och experimentella data baserat på optimeringskoncept.

Innehåll

Enaxliga spänningsproblem:

Grundläggande termomekanik: energibalans, dissipationsbegreppet och jämviktsekvationer.

  • Icke dissipativa material: linjär och icke-linjär elastisk respons.

Koncept för homogenisering av materialets mikrostruktur

  • CA1: FE-baserad homogenisering av en mikrostruktur

Enaxliga spänningsproblem (forts.):

  • Modellering av dissipativ hastighetsoberoende materialrespons:
  • Plasticitetsteori tillämpad i en dimension; perfekt-plastisk och linjärt isotropt hårdnande respons.
  • Speciella evolutionsekvationer: icke-linjärt isotropt hårdnande, blandat isotropt och kinematiskt hårdande vid cyklisk belastning.
  • Beräkningsaspekter: Tidsintegration av evolutionsekvationer, linjärisering.
  • Dissipativ hastighetsberoende materialrespons.
  • Viskoelastiskt materialuppförande
  • Viskoplastiskt materialuppförande
  • Beräkningsaspekter: tidsintegration, linjärisering,
  • Spännings- och töjningskontroll
  • CA2a: modellering av residualspänningar i en balkpelare utsatt för cyklisk belastning; balkteoretisk tillämpning.

Fleraxliga spänningsproblem:
Grundkoncept för spänning och töjning: 2a ordningens tensor, egenbaser och spänningsrum

  • Formulering av fleraxliga flytvillkor: medelspänningsoberoende.
  • Grundläggande termomekanik: energibalans, dissipation, och jämviktsekvationer.
  • Isotrop elasticitet
  • Isotropt hårdnande plasticering enligt von Mises flytvillkor.
  • Beräkningsaspekter: tidsintegration av flytlagen, linjärisering
  • FE-problem med icke linjär materialrespons.
  • CA2b: modellering av residualspänningar i en balkpelare utsatt för cyklisk belastning (forts.); kontinuumekanisk teoritillämpning.

Parameteridentifiering mellan materialmodellen och fysikaliskt observerade data.

  • CA3: parameteridentifikation i en plasticitetsmodell med blandat hårdnande mot ett cykliskt belastningsfall.

Organisation


Teorier och begrepp presenteras på föreläsningarna. På räkneövningar och datorövningar beskrivs och tillämpas teorierna på bestämda problem. På datorövningarna tränar vi din förmåga att lösa problem med programmering och systematisk analys.

Litteratur

Jmfr kurshemsidan.

Examination inklusive obligatoriska moment

Obligatoriska och poängsatta datoruppgifter (CA), Obligatorisk muntlig dugga. Betygsatt skriftlig tentamen.