Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników

Znaleziono wyników: 8

Liczba wyników na stronie
first rewind previous Strona / 1 next fast forward last
Wyniki wyszukiwania
Wyszukiwano:
w słowach kluczowych:  polycrystalline material
help Sortuj według:

help Ogranicz wyniki do:
first rewind previous Strona / 1 next fast forward last
PL
Niniejsza rozprawa doktorska dotyczy analizy procesu przemiany energii podczas deformacji materiałów krystalicznych. W procesie deformacji plastycznej część energii mechanicznej dostarczanej do deformowanego materiału magazynuje się w tym materiale, zwiększając jego energię wewnętrzną, a reszta ulega rozproszeniu w postaci ciepła. Miarą przemiany energii w danej chwili procesu deformacji jest parametr nazywany zdolnością magazynowania energii, definiowany jako stosunek przyrostu energii zmagazynowanej do przyrostu pracy odkształcenia plastycznego. W rozprawie opracowano eksperymentalną metodykę wyznaczania powierzchniowych rozkładów składników bilansu energii, tj. pracy odkształcenia plastycznego oraz energii dyssypowanej w postaci ciepła w całym zakresie sprężysto-plastycznej deformacji, wykorzystując eksperymentalnie wyznaczone pola przemieszczenia i temperatury na powierzchni próbki (za pomocą metod korelacji obrazów cyfrowych (digital image correlation, DIC) i termografii podczerwieni (infrared thermography, IRT)) oraz elementy teorii przepływu ciepła i teorii plastyczności. Rozprawa ma przede wszystkim charakter doświadczalny, ale zawiera także obliczeniowe aspekty dotyczące zarówno wyznaczania rozkładu naprężenia, jak i rozkładu źródeł ciepła. Eksperymentalnie wyznaczone pole gradientu przemieszczenia wykorzystano jako dane wejściowe do sprężysto-plastycznego modelu materiału, na podstawie którego uzyskano pole naprężenia i odkształcenia plastycznego, a w rezultacie – pracy odkształcenia plastycznego. Z kolei pole energii dyssypowanej w postaci ciepła wyznaczono na podstawie równania przewodzenia ciepła w stanie nieustalonym, uwzględniając zarówno przepływ ciepła w próbce, jak i wymianę ciepła z otoczeniem. Wykorzystując ewolucję zmierzonego pola temperatury, wyznaczono wszystkie człony równania przewodzenia ciepła, w tym moc źródeł ciepła, bez potrzeby rozwiązywania tego równania. Żeby uzyskać źródła ciepła w opisie materialnym (w układzie współrzędnych, w którym wyznaczano pola przemieszczenia), czyli wyrazić składniki bilansu energii w tym samym układzie współrzędnych, opracowano kilkuetapową procedurę obliczeniową. W rozpatrywanym procesie deformacji energia dyssypowana w postaci ciepła jest dominującym, ale nie jedynym składnikiem źródeł ciepła. Dlatego uwzględniono również ciepło efektu piezokalorycznego oraz ciepło tracone do otoczenia na drodze konwekcji i promieniowania. Opracowaną metodę zastosowano do wyznaczenia pól: pracy odkształcenia plastycznego, energii dyssypowanej w postaci ciepła oraz zdolności magazynowania energii podczas jednoosiowego rozciągania stali austenitycznej 310S. Procesy rozciągania przeprowadzono z różnymi prędkościami odkształcenia. Pokazano, że badana stal nie wykazuje istotnej wrażliwości na prędkość odkształcenia w rozważanym zakresie. Jednakże wpływ czasu trwania procesu rozciągania na pole temperatury i poszczególne człony w równaniu przewodzenia ciepła był znaczący. Dla najszybszego z badanych procesów dominował człon związany ze wzrostem temperatury próbki w czasie, a dla najwolniejszego – człon związany z przewodzeniem ciepła w próbce. Wyznaczono także zależności poszczególnych źródeł ciepła, tj. energii dyssypowanej w postaci ciepła, ciepła przekazanego przez próbkę do otoczenia na skutek konwekcji i promieniowania oraz ciepła efektu piezokalorycznego od czasu procesu deformacji. Pokazano, że czas trwania procesu wpływał znacząco na wymianę ciepła na drodze konwekcji. Udział ciepła odbieranego od próbki w jej wyniku był największy podczas najwolniejszego z badanych procesów. Z kolei wpływ promieniowania w badanym zakresie temperatury był znikomy. W niniejszej pracy potwierdzono, że zdolność magazynowania energii nie jest stała podczas deformacji plastycznej. W zaawansowanym stadium deformacji, wartości Z w obszarze lokalizacji odkształcenia plastycznego gwałtownie spadają i stają się bliskie zeru, a nawet ujemne, co oznacza, że materiał traci zdolność magazynowania energii. Uzyskane wyniki są spójne z wynikami innych prac. Jednakże w rozprawie wyznaczono, w całym zakresie deformacji plastycznej, powierzchniowe rozkłady zdolności magazynowania energii Z, co nie było do tej pory obecne w literaturze. Ponadto wyznaczono zmianę lokalnej orientacji krystalograficznej podczas jednoosiowego rozciągania badanej stali, za pomocą metody dyfrakcji elektronów wstecznie rozproszonych (electron backscatter diffraction, EBSD). Zaobserwowano, że podczas deformacji, w wyniku znacznych obrotów sieci krystalicznej nastąpił rozwój tekstury krystalograficznej w kierunku dwóch głównych składowych. Zgodnie z oczekiwaniem, dla materiału o średniej wartości energii błędu ułożenia EBU, bliźniakowanie mechaniczne było, obok poślizgu dyslokacji, istotnym mikroskopowym mechanizmem odkształcenia plastycznego stali 310S. Zaobserwowano, że początkowa orientacja poszczególnych ziaren miała istotny wpływ na to, który z mechanizmów odkształcenia plastycznego dominował w danym ziarnie. Ponadto pokazano, że na zaawansowanym etapie deformacji, dochodzi do fragmentacji ziaren zarówno na skutek poślizgu dyslokacji, jak i bliźniakowania. Bliźniaki oddziałują z innymi elementami mikrostruktury, co prowadzi do osiągnięcia finalnej tekstury krystalograficznej. W obszarze, w którym zdolność magazynowania energii jest ujemna, zaobserwowano bardzo drobną strukturę lamelową, złożoną z naprzemiennych warstw bliźniak-osnowa. Na podstawie licznych obserwacji mikrostruktury i rozważań teoretycznych obecnych w literaturze, stwierdzono, że struktura lamelowa występująca w całym obszarze, w którym Z ≤ 0, stwarza dogodne warunki do propagacji zarówno mikropasm, jak i makroskopowych pasm ścinania. Jednakże potwierdzenie obecności pasm ścinania oraz mogącego zachodzić w ich otoczeniu mechanizmu rekrystalizacji dynamicznej, której makroskopową manifestacją jest uwalnianie części energii zmagazynowanej w materiale, wymaga dalszych badań.
EN
The PhD thesis concerns the analysis of the energy conversion process during deformation of polycrystalline materials. During plastic deformation a part of the mechanical energy delivered to the material is stored, increasing its internal energy, while the rest is dissipated as heat. The energy storage rate, defined as the ratio between the stored energy increment and the plastic work increment, is a measure of the energy conversion at a given moment of the deformation process. In the thesis an experimental method for determining the distributions of energy balance components, namely plastic work and energy dissipated as heat, throughout the entire range of elastic-plastic deformation, was developed. The method is based on the displacement and temperature fields measured using digital image correlation (DIC) and infrared thermography (IRT) techniques and the elements of both the heat transfer theory and the theory of plasticity. Although primarily experimental in nature, the thesis also includes several computational aspects concerning the determination of both the stress and heat sources fields. The experimentally determined evolution of the displacement gradient field was used as input data for the elastic-plastic material model. Using the model, the fields of the stress and the plastic strain and, consequently, the plastic work were obtained. On the other hand, the energy dissipated as heat was determined based on the transient heat conduction equation, taking into account both the heat flow within the sample and the heat exchange between the sample and the surroundings. Using the measured evolution of temperature field, the distribution of the power of heat sources was directly determined from this equation. To obtain the heat sources in the material description (in the coordinate system, in which the displacement field was determined), and therefore to express the energy balance components in the same coordinate system, a multi-step computational procedure was developed. In the considered deformation process, the energy dissipated as heat is the dominant but not the only component of the heat sources. Therefore, the other components, namely the heat of the thermoelastic effect and the heat lost to the environment by convection and radiation were also taken into account. The developed method was applied to determine the fields of plastic work, energy dissipated as heat, and energy storage rate during uniaxial tension of austenitic steel 310S. The uniaxial tension was performed with different strain rates. It was shown that the tested steel does not exhibit a significant sensitivity to the strain rate in the considered range. However, the influence of the process duration on the temperature field and the particular terms of the heat conduction equation was significant. For the highest considered strain rate, the term associated with the increase of the sample’s temperature was dominant, whereas for the lowest one, the term connected to the heat conduction in the sample was of a major importance. The evolutions of particular components of the heat sources, including the energy dissipated as heat, the heat lost by the sample to the environment due to convection and radiation, and the heat of the thermoelastic effect were also determined. Process duration was found to have significant effect on the heat exchange due to convection, with the highest contribution observed for the slowest tested process. Heat radiation, on the other hand, had an insignificant influence within the considered temperature range and could be omitted. The obtained results confirmed that the energy storage rate Z is not constant throughout the plastic deformation process. At an advanced stage of the process, the Z values decrease rapidly in the area of the plastic strain localization, approaching zero or even becoming negative, indicating a loss of the material’s ability to store energy. These findings are consistent with former research known from the literature, however, the thesis presents the determination of the energy storage rate Z distributions, which have not been previously reported in the literature. Furthermore, the evolution of local crystallographic orientation during uniaxial tension of the 310S steel was determined using the electron backscatter diffraction (EBSD) method. It was observed that due to significant rotations of the crystal lattice during deformation, the crystallographic texture developed towards two main texture components. As expected, for a material with an average stacking fault energy value, both the mechanical twinning and the dislocation slip played important roles as microscopic mechanisms of plastic deformation. The initial orientation of particular grains determined which of the plastic deformation mechanisms dominated in a given grain. Additionally, the presence of both dislocation slip and twinning, led to the grain fragmentation at an advanced stage of the deformation process. The twins interacted with other microstructure elements, contributing to the development of the final crystallographic texture. In the region where the energy storage rate is negative, a very fine lamellar structure composed of alternating twin-matrix layers was observed. On the basis of numerous microstructure observations and theoretical considerations present in the literature, it was found that the lamellar structure occurring in the entire area where Z ≤ 0 creates favorable conditions for the propagation of both micro- and macro-shear bands. However, further research is required to confirm the presence of shear bands and the possible associated dynamic recrystallisation mechanism which is macroscopically manifested by the release of a part of the energy stored in the material.
EN
Numerical simulations of tension and shear tests for a polycrystalline, anisotropic material were performed using crystal plasticity theory. The slip was considered here as the main mechanism of plastic deformation. Constitutive equations to describe the elastic-plastic deformation caused by the slip are presented. The generation and meshing of various shapes geometries (cubic and paddy shapes) with randomly-orientated grains by means of open source program NEPER program was shown. The Voronoi tessellation was used in order to include morphological properties of a crystalline material. The selected results of elastic-plastic analyses (stress, strain distributions and the macroscopic stress-strain resulting from homogenization) are presented here. The results obtained show the non-uniform distribution of stress and strain for different grains associated with their crystal orientation. The crystal plasticity finite element modelling of materials subjected to plastic deformation is important for microstructure-based mechanical predictions, as well as for the engineering design and to perform simulations involving not only the change of a material’s shape at a macro level but also the phenomena occurring in material in a micro-scale.
PL
W pracy zaproponowano model opisu zniszczenia dla materiałów polikrystalicznych w warunkach pełzania. Przy pomocy automatu komórkowego zaimplementowano mieszany dyfuzyjno-odkształceniowy mechanizm rozwoju uszkodzeń. Przeprowadzone zostały symulacje dwuwymiarowe dla wybranej mikrostruktury materiału, dla różnych obciążeń zadawanych przez stałą prędkość odkształcenia. Przeanalizowano otrzymane obrazy struktur przy zniszczeniu, czasy do zniszczenia, a także prędkość rozwoju uszkodzenia. Wyniki zostały porównane ze znanymi modelami makro- i mikroskopowymi.
EN
The model of creep failure for polycrystalline materials in creep condition is proposed. The diffusional and creepdeformation damage growth mechanisms are implemented using cellular automaton. The two-dimensional simulations are performed for chosen microstructure of material for constant strain rate loading. The material structures at failure, times to failure and damage development rate are analysed. The results are compared with macro- and micro-mechanical models.
EN
The rigid-plastic crystal plasticity model accounting for the effect of micro-shear banding mechanism on the reduction of the global strain hardening rate is presented. The instantaneous contribution of micro-shear bands in the rate of plastic deformation is described by means of the constitutive function fMS that depends on the type of strain path specified by the current direction of strain rate tensor. The capabilities of the model are explored by studying the strain-stress behavior of polycrystalline material together with the crystallographic texture evolution in the polycrystalline element.
PL
Przedstawiono sztywno-plastyczny model plastyczności kryształów uwzględniający wpływ mikropasm ścinania na redukcje globalnego modułu umocnienia. Chwilowy udział mikro-pasm ścinania w prędkości deformacji plastycznej został opisany poprzez dodatkowa konstytutywna funkcje fMS, która zależy od schematu odkształcenia zdefiniowanego przez aktualny kierunek tensora prędkości odkształceń. Zbadano możliwości proponowanego modelu mikromechanicznego w ramach analizy odpowiedzi materiału polikrystalicznego z uwzględnieniem rozwoju tekstury krystalograficznej.
EN
The paper is devoted to yield point determination based on the thermomechanical coupling that takes place in the material during its uniaxial tension. Experiments were performed on aluminum alloy and on austenitic steels. The stress value corresponding to the temperature minimum is treated as the critical resolved stress at which plastic deformation on the macroscopic scale begins. The obtained results are compared with values of stress which produces the irreversible strain equal to 0.2%. Such value of the stress is usually regarded as the yield point determined from the stress-strain curve. It is found that the values of yield point determined on the ground of the thermomechanical coupling are lower than these obtained from stress-strain curve.
PL
W pracy przeprowadzono teoretyczną analizę geometrii poślizgu w materiałach polikrystalicznych. Opracowano komputerowy model propagacji linii poślizgu. W modelu przyjęto, że polikryształ składa się z ziaren o różnym kształcie, wielkości i wydłużeniu oraz różnej orientacji krystalograficznej.
EN
In this work theoretical analysis of slip geometry was carried out. Computer model of slip line propagation was developed during the study. In this model multiplicity of grains shape, size, elongation and crystallographic orientation were assumed.
EN
Model of evolution of plastic anisotropy due to crystallographic texture development in metals subjected to large deformation processes is presented. The rigid-plastic model of single grain with regularized Schmid law proposed by Gambin is used. Phenomenological and physical descriptions of plastic flow of polycrystals are discussed. Properties of any yield function for orthotropic material subjected to the plane stress state are outlined. Yield conditions of degree m proposed by Hill and Barlat with Lian are analyzed. Finally, phenomenological texture-dependent yield surface is proposed. Evolution of this yield surface is compared with phenomenological yield conditions for two processes: rolling and pure shear.
PL
Przedstawiono przebieg i wyniki pilotowych badań wpływu zmiany drogi odkształcenia materiału na wartość naprężenia uplastyczniającego. Badania przeprowadzono stosując oryginalną metodykę badań. Dokonano doboru materiału, kształtu i wymiarów próbek. Zmiana drogi odkształcenia była realizowana przez sekwencyjną zmianę sposobu obciążenia w wariantach: skręcanie-rozciąganie-skręcanie, skręcanie-skręcanie-skręcanie. Wyniki przeprowadzonych badań pilotowych pozwoliły na stwierdzenie istotnego wpływu zmiany orientacji osi głównych stanu naprężenia na poziom naprężenia uplastyczniającego w kolejnych fazach odkształcenia.
EN
The result of a pilot investigation of the influence of change of the material's strain path on the value of the flow yield stress is presented in the article. The work was carried out by use of original methods of investigation, on selected material, shape and size of specimens. The change in the strain path was realized by changing the way of loading in the variants: torsion-tension-torsion and torsion-torsion-torsion. The results of the pilot tests showed a significant influence of the change in the orientation of the principal axes of stress on the flow yield stress level in the consecutive phases of strain.
first rewind previous Strona / 1 next fast forward last
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.