Metamodel of the plane strain compression test as a replacement of fe model in the inverse analysis

• Autorzy: Sztangret Ł. , Sztangret M. , Kusiak J. , Pietrzyk M

Warianty tytułu

PL

Metamodel jako zamiennik modelu MES próby spęczania w płaskim stanie odkształcenia w analizie odwrotnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the application of plane strain compression (PSC) test to the identification of material model parameters. Moreover, an attempt to substitute the finite element (FE) model with the metamodel in the inverse analysis was made. There are several plastometric tests carried out in order to obtain material properties. Despite the fact that PCS test is very accurate, the most commonly used is uniaxial compression (UC) test. This is due to the difficulties in interpretation of results of the PSC test. Inverse analysis is used to overcome this problem. This analysis requires simulation results of adopted test. FE model is most commonly used in these simulations. However, due to mesh density in the area of greatest strain gradients, FE simulations can take unacceptably long time. Therefore, artificial neural network (ANN) was proposed in the present work as metamodel of the PSC test. This metamodel was used in the inverse analysis performed to obtain material properties for copper alloys. The results were compared with uniaxial compression test performed for the same material and good agreement was observed.

PL

Artykuł przedstawia zastosowanie próby spęczania w płaskim stanie odkształcenia w identyfikacji parametrów modelu materiału. Sprawdzono również możliwość zastąpienia modelu MES przez metamodel w analizie odwrotnej. Istnieje kilka prób plasto-metrycznych wykorzystywanych w celu wyznaczenia własności materiału. Pomimo, że próba PSC jest bardzo dokładna, najczęściej stosowana jest próba spęczania osiowosymetrycznego. Powodem tego są trudności w interpretacji wyników próby PSC. Rozwiązaniem wspomnianego problemu jest zastosowanie analizy odwrotnej. Wymaga ona jednak wyników symulacji zastosowanej próby. Symulacje te najczęściej wykorzystują model MES. Jednak ze względu na gęstość siatki MES w obszarach, w których wartość gradientu odkształcenia jest największa, czas symulacji staje się nieakceptowalnie długi. Z tego powodu sztuczne sieci neuronowe zostały wykorzystane jako metamodel próby PSC i zastosowane w analizie odwrotnej mającej na celu wyznaczenie parametrów materiału dla stopów miedzi. Porównując wyniki otrzymane z wykorzystaniem próby PSC i próby spęczania osiowosymetrycznego otrzymano dobrą zgodność.

Słowa kluczowe

EN

plain strain compression; inverse analysis; metamodel; artificial neural network

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 14, No. 4
• Strony: 215--227
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys.

Twórcy

autor

Sztangret Ł.

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Sztangret M.

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Kusiak J.

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Pietrzyk M

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• Davenport, S.B., Silk, N.J., Sparks, C.N., Sellars, CM., 1999, Development of constitutive equations for the modelling of hot rolling, Materials Science and Technology, 16, 1-8.
• Finno, R.J., Harris, W.W., Mooney, M.A., Viggiani, G., 1997, Shear bands in plane strain compression of loose sand, Geotechnique, 47', 149-165.
• Forestier, R., Massoni, E., Chastel, Y., 2002, Estimation of constitutive parameters using an inverse method coupled to a 3D finite element software, Journal of Materials Processing Technology, 125, 594-601.
• Gelin, J.C, Ghouati, O., 1994, An inverse method for determining viscoplastic properties of aluminium alloys, Journal of Materials Processing Technology, 45, 435-440.
• Hand, R.J., Foster, S.R., Sellars, CM., 2000, Temperature changes during hot plane strain compression testing, Materials Science and Technology, 16, 442-450.
• Haykin, S., 1999, Neural Networks: A Comprehensive Foundation, Prentice Hall.
• Hosford, W.P., 1966, Plane-strain compression of aluminum crystals, Acta Metallurgica, 14, 1085-1094.
• Kirsch, A., 1996, An Introduction to the Mathematical Theory of Inverse Problems, Springer.
• Kowalski, B., Sellars, CM., Pietrzyk, M., 2000, Development of a computer code for the interpretation of results of hot plane strain compression tests, ISIJ International, 40, 1230-1236.
• Kowalski, B., Wajda, W., Pietrzyk, M., Sellars, CM., 2001, Sensitivity of constitutive equations on strain and strain rate inhomogeneity determined for FE modeling of plane strain compression tests, Proc. 4th Conf. ESAFORM, ed„ Habraken, A.-M., Liege, 561-564.
• Kowalski, B., Sellars, CM., Pietrzyk, M., 2006, Identification of rheological parameters on the basis of plane strain compression tests on specimens of various initial dimensions, Computational Materials Science, 35, 92-97.
• Kusiak, J., Danielewska-Tulecka, A., Oprocha, P., 2009, Optymalizacja: wybrane metody z przykładami zastosowań, PWN, Warszawa (in Polish).
• Lenard, J.G., Pietrzyk, M., Cser, L., 1999, Mathematical and physical simulation of the properties of hot rolled products, Elsevier, Amsterdam.
• Loveday, M.S., Mahoń, G.J., Roebuck, B., Lacey, A.J., Palmi-ere, E.J., Sellars, CM., van der Winden M.R., 2006, Measurement of flow stress in hot plane strain compression tests, Materials at High Temperatures, 23, 85-118.
• Madej, Ł., Hodgson, P.D., Pietrzyk, M., 2007, Multi-scale rheological model for discontinuous phenomena in materials under deformation conditions, Computational Materials Science, 38, 685-691.
• Mirza, M.S., Sellars, CM., 2001, Modelling the hot plane strain compression test Part 1 - Effect of specimen geometry, strain rate, and friction on deformation, Materials Science and Technology, 17, 1133-1141.
• Nave, M.D., Barnett, M.R., 2004, Microstructures and textures of pure magnesium deformed in plane-strain compression, Scripta Materialia, 51, 881-885.
• Pietrzyk, M., Lenard, J.G., Dalton, G.M., 1993, A study of the plane strain compression test, Annals of the CIRP, 42, 331-334.
• Pietrzyk, M., Tibbals, J.E., 1995, Application of the finite element technique to the interpreta-tion of the plane strain compression test for aluminum, Proc. Conf. COMPLAS 4, (eds), Owen, D.R.J., Onate, E., Hinton, E., Pineridge Press, Barcelona, 889-900.
• Pietrzyk, M., 2001, Identification of parameters in the history dependent constitutive model for steels, CIRP Annals -Manufacturing Technology, 50, 161-164.
• Pietrzyk, M., Kuziak, R., Pidvysots'kyy, V., Nowak, J., Węglarczyk, S., Drozdowski, K., 2013, Computer-aided design of manufacturing chain based on closed die forging for hardly deformable Cu-based alloys, Metallurgical and Materials Transactions A, 44A, 3281-3302.
• Sellars, CM., 1979, Physical metallurgy of hot working, Hot working and forming processes, (ed.), Sellars CM., Davies G.J., The Metals Soc, London, 3-15.
• Silk, N.J., van der Winden, M.R., 1999, Interpretation of hot plane strain compression testing of aluminium specimens, Materials Science and Technology, 15, 295-300.
• Szeliga D., 2013, Metal forming identification problems - Com­prehensive study, Wydawnictwa AGH, Kraków.
• Szeliga, D., Gawąd, J., Pietrzyk, M., 2006, Inverse analysis for identification of Theological and friction models in metal forming, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 195,6778-6798.
• Szeliga D., Matuszyk P., Kuziak R., Pietrzyk M., 2002, Identification of Theological parameters on the basis of various types of plastometric tests, Journal of Materials Pro­cessing Technology, 125-126, 150-154.
• Szeliga, D., Pietrzyk, M., 2010, Identification of Theological models and boundary conditions in metal forming, International Journal of Materials and Product Technology, 39, 388-405.
• Sztangret, Ł., Szeliga, D., Kusiak, J., Pietrzyk, M., 2012, Application of the inverse analysis with metamodelling for the identification of the metal flow stress, Canadian Metallurgical Quarterly, 51, 440-446.
• Sztangret, Ł., Szeliga, D., Kusiak, J., 2010, Analiza wrażliwości jako metoda wspomagająca optymalizację parametrów procesów metalurgicznych, Hutnik-Wiadomości Hutnicze, 76, 721-725 (in Polish).
• Sztangret, M., Pietrzyk, M., 2012, Próba ściskania próbek płaskich jako metoda symulacji fizycznej procesów przeróbki plastycznej oraz narzędzie do identyfikacji modeli Teologicznych materiałów, Hutnik-Wiadomości Hutnicze, 79, 35-40 (in Polish).
• Tadeusiewicz, R., 1993, Sieci neuronowe. Akademicka Oficyna Wydawnicza, Warszawa (in Polish).
• Tatsuoka, F, Sakamoto, M., Kawamura, T., Fukushima, S., 1986, Strength and deformation characteristics of sand in plane strain compression at extremely low pressures, Soils and Foundations, 126, 65-84.
• Timothy, S.P., Yiu, H.L., Fine, J.M., Ricks, R.A., 1991, Simulation of single pass of hot rolling deformation of aluminium alloy by plane strain compression, Materials Science and Technology, 7, 255-263.