Finite element calculation of fracture parameters

Tämän työn tarkoituksena on tutustua murtumismekaniikan analyysien laskentaan numeerisesti elementtimenetelmällä. Murtumismekaniikka tutkii materiaalissa olevia säröjä ja niiden vaikutusta rakenteen kestävyyteen. Laskennassa käytetään Ansys 14.5 -ohjelman Workbench-ympäristöä. Työn sisältö on rajattu käsittelemään vain stationäärisiä säröjä, eli särön kasvua ei tässä tutkita. Tavoitteena on tutkia murtumisparametrien laskemista numeerisesti, sekä siihen liittyviä toimenpiteitä valmisohjelman kannalta. Työn teoriaosuudessa selvitetään valmisohjelmien taustalla olevaa murtumismekaniikan teoriaa. Teorian osa-alueista ensimmäisenä esitellään perustana olevaa kiinteän aineen mekaniikan teoriaa. Murtumismekaniikan teoria painottuu lineaariseen murtumismekaniikkaan. Elastis-plastista murtumismekaniikkaa esitellään erittäin lyhyesti. Elementtimenetelmästä käydään läpi lineaarista ja epälineaarista teoriaa, sekä laskennassa käytettäviä singulaarisia elementtejä. Sovellusosuudessa tutkitaan säröalueen elementtiverkon muodostamista ja lasketaan murtumisparametreja eri tapauksissa. Särötehtävien analysointi Ansys 14.5 -ohjelmalla havaittiin varsin helpoksi ja suoraviivaiseksi. Ohjelman toiminnot ovat helppokäyttöisiä kun on ensin tutustunut taustalla olevaan teoriaan. Laskennasta saatavat tulokset havaittiin luotettaviksi kun niitä verrattiin analyyttisiin tuloksiin. Yllättävä havainto oli, että elementtiverkon ei tarvitse olla kovin tiheä laskettaessa murtumisparametreja. Käytännön laskentaa vaikeuttaa se, että ohjelmassa särön geometriaa on rajoitettu ja yksinkertaistettu huomattavasti