Numeryczny model pękania dla stali dwufazowych

• Autorzy: Perzyński K. , Madej Ł.

Identyfikatory

DOI

10.15199/24.2016.4.3

Warianty tytułu

EN

Numerical model of fracture in dual phase steels

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem badań jest opracowanie modeli numerycznych odzwierciedlających mechanizmy pękania w stali dwufazowej Dual Phase (DP), bazujących na koncepcji cyfrowej reprezentacji materiału. Zaproponowane w pracy rozwiązanie wykorzystuje sprzęgnięcie dwóch podejść numerycznych szeroko stosowanych w symulacjach o charakterze komercyjnym: metody elementów skończonych i rozszerzonej metody elementów skończonych. Podejście takie umożliwia stosunkowo łatwe wykorzystanie modeli pękania kruchego oraz ciągliwego w praktycznych zastosowaniach ze względu na użycie standardowych rozwiązań stosowanych w aplikacjach numerycznych. Nowatorskie jest zastosowanie cyfrowej reprezentacji materiału i koncepcji modelowania wieloskalowego do opisu zachowania się materiału w niższych skalach wymiarowych. Opracowany model został zweryfikowany z wynikami pomiarów zrealizowanych podczas testu wywijania otworu (HE – Hole Expansion).

EN

Development of a robust model of failure for Dual Phase (DP) steels based on modern numerical approaches that take microstructure explicitly into account during simulation is the main aim of the paper. Modeling procedure is based on conventional numerical damage models, however combined with the DMR (Digital Material Representation) approach. As a result, a combined model of ductile and brittle fractures which occur in ferrite and martensite, respectively, was established. Ductile fracture is modelled by the Ductile Fracture criterion implemented within conventional FE model, while brittle one is predicted by more sophisticated eXtended Finite Element Method (XFEM). Proper data transfer protocols between these two methods were also proposed to create a hybrid numerical model. Developed solution was validated with experimental data from the hole expansion (HE) test.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie numeryczne; cyfrowa reprezentacja materiału; pękanie kruche; pękanie ciągliwe; stal dwufazowa; XFEM

EN

numerical modelling; digital material representation; brittle fracture; ductile fracture; dual phase steel; XFEM

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Hutnik, Wiadomości Hutnicze
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 83, nr 4
• Strony: 141--146
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Perzyński K.

• AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Madej Ł.

• AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Yuh J. Chao, John Jr. D. Ward, Randy G. Sands. 2007. ,,Charpy impact energy, fracture toughness and ductile-brittle transition temperature of dual-phase 590 Steel”. Materials and Design 28: 551−557.
• [2] Ghadbeigi Hassan, Christophe Pinna,Steven Celotto. 2013. ,,Failure mechanisms in DP600 steel: Initiation, evolution and fracture”. Materials Science & Engineering A, 588: 420−431.
• [3] Ghadbeigi Hassan, Christophe Pinna, Steven Celotto, John Yates. 2010. ,,Local plastic strain evolution in a high strength dual-phase steel”. Materials Science and Engineering A, 527: 5026−5032.
• [4] ISO 16630 - Metallic materials - Sheet and strip – Hole expanding test (2009).
• [5] Lacroix Gerard, Thomas Pardoen, Pascal J. Jacques. 2008. ,,The fracture toughness of TRIP- assisted multiphase steels”. Acta Materialia 56: 3900−3913.
• [6] Madej Lukasz. 2010. Development of the modeling strategy for the strain localization simulation based on the digital material representation. Kraków: AGH University of Science and Technology Press.
• [7] Madej Lukasz, Pawel Cybułka, Konrad Perzynski, Lukasz Rauch. 2011. ,,Numerical analysis of strain inhomogeneities during deformation on the basis of the three dimensional digital material representation”. Computer Methods in Materials Science 11: 375−380.
• [8] Madej Lukasz, Filip Kruzel, Pawel Cybulka, Konrad Perzynski, Krzysztof Banas. 2012. ,,Generation of dedicated finite element meshes for multiscale applications with Delaunay triangulation and adaptive finite element − cellular automata algorithms”. Computer Methods in Materials Science 12: 85−96.
• [9] Madej Lukasz, Adam Mrozek, Waclaw Kus, Tadeusz Burczynski, Maciej Pietrzyk. 2008. ,,Concurrent and upscaling methods in multi scale modelling - case studies”. Computer Methods in Materials Science 8 (1): 1−15.
• [10] Madej Lukasz, Konrad Perzynski, Wojtek Wajda, Henryk Paul, Pawel Cybulka, Lukasz Rauch. 2011. ,,Numerical analysis of the texture evolution on the basis of the CPFE and Digital Material Representation”. Steel Research International Special Edition: 854−859.
• [11] Madej Lukasz, Lukasz Rauch, Konrad Perzynski, Pawel Cybulka. 2011. ,,Digital Material Representation as an efficient tool for strain inhomogeneities analysis at the micro scale level”. Archives of Civil and Mechanical Engineering 11: 677−679.
• [12] Madej Lukasz, Jiangting Wang, Konrad Perzynski, Peter D. Hodgson. 2014. ,,Numerical modeling of dual phase microstructure behavior under deformation conditions on the basis of digital material representation”. Computational Materials Science 95: 651-662.
• [13] Murakawa Hidekazu, Hisashi Serizawa, Takeaki Tsujimoto, Seigo Tomiyam. 2009. ,,Mechanism and Effect of Stress-induced Transformation on Improvement of Fracture Toughness”. Transactions of JWRI 38: 71−78.
• [14] Perzynski Konrad. 2015. Hybrid RCAFE model for fracture modelling in multi–phase materials. Kraków: Akademia Górniczo-Hutnicza.
• [15] Perzynski Konrad, Andrzej Wrozyna, Roman Kuziak, Lukasz Madej. ,,Numerical modelling of brittle-ductile fracture in dual phase steel grades during hole expansion test on the basis of the digital material representation concept’’. Computational Materials Science. w przygotowaniu.
• [16] Perzynski Konrad, Madej Lukasz, Jiangting Wang, Roman Kuziak, Peter D. Hodgson. 2014. ,,Numerical Investigation of Influence of the Martensite Volume Fraction on DP Steels Fracture Behavior on the Basis of Digital Material Representation Model’. Metallurgical and Materials Transactions A 45: 5852−5865.
• [17] Pietrzyk Maciej, John Lenard. 1991. Thermal-Mechanical Modelling of the Flat Rolling Process. Berlin: Springer-Verlag.
• [18] Sun Xiaorui, Kyoung S. Choi, Weimin N. Liu, Mohamad A. Khaleel. 2009. ,,Predicting failure modes and ductility of dual phase steels using plastic strain localization’’. International Journal of Plasticity 25: 1888-1909.
• [19] Uthaisangsuk Vitoon, Ulrich Prahl, Wolfgang Bleck. 2008. ,,Micromechanical modelling of damage behaviour of multiphase steels”. Computational Materials Science 43: 27−35.
• [20] Uthaisangsuk Vitoon, Ulrich Prahl,Wolfgang Bleck. 2009. ,,Failure modeling of multiphase steels using representative volume elements based on real microstructures”. Procedia Engineering 1: 171−176.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.