Multiscale modeling of microstructure and macroscopic properties in thixoforming process using cellular automation technique

• Autorzy: Gawąd J. , Macioł P. , Pietrzyk M.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie wieloskalowe mikrostruktury i własności makroskopowych materiału w procesie tixoformingu z zastosowaniem automatów komórkowych

• Konferencja: Scientific Seminar Integrated Study on the foundations of Plastic Deformation of Metals PLASTMET'04 (4; 16-19.11.2004; Łańcut, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The thixotropy phenomenon is strongly connected with the change of viscosity in time, while the shear rate and temperature are constant. One of the most important challenges in computer modeling of the materials that show such behavior is the proper description of microstructure development. The changes of microstructure during thixoforming processes are crucial to material properties, such as viscosity. Due to different scales of the models, the simultaneous modeling of microstructure development and viscosity property is still difficult. Therefore, the application of multiscale methods may provide the solution of the discussed problem. In this paper the multiscale model is proposed. The cellular automaton (CA) technique is used as microscale model. The main advantage of CA is ability to modeling of global behavior of the system on the basis of local interactions. In this paper the CA technique was applied for modeling of viscosity change and microstructural behavior of thixoformed material. The macroscale model is based on FEM solution of Navier-Stockes equation. The micro- and macroscale models are coupled using CAFE approach.

PL

Zjawisko tiksotropii polega na zmianie lepkości cieczy przy ustalonej prędkości ścinania i temperaturze. W komputerowym modelowaniu zachowania się materiału wykazującego właściwości tiksotropowe (w tym stopów wykorzystywanych w procesach tiksoformingu), jednym z ważniejszych zagadnień jest poprawne opisanie zmian mikrostruktury w czasie. Zmiany te w sposób krytyczny oddziałują na własności makroskopowe materiału w tym przede wszystkim lepkość. Równoczesne modelowanie zmian mikrostruktury i efektów makroskopowych jest utrudnione przede wszystkim ze wzgledu na różnice skal obu tych procesów. Rozwiązaniem tych trudności może być zastosowanie metod modelowania wieloskalowgo. W rozważanym przypadku modelowanie przeprowadzono bazując na połączenia układów równań różniczkowych cząstkowych oraz rozwiązań w skali mikro, wykorzystujących automaty komórkowe. Podstawową zaletą automatów komórkowych jest wykorzystywanie zależności lokalnych do modelowania globalnego zachowania systemu.

Słowa kluczowe

EN

multiscale modeling; thixotropy effect; thixoforming; semi-solid state; cellular automata

PL

modelowanie wieloskalowe; tixoforming; automat komórkowy

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 50, iss. 3
• Strony: 549--562
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Gawąd J.

• Department of Computer Method in Metallurgy, University of Science and Technology, 30-059 Kraków, Mickiewicza 30, Poland

autor

Macioł P.

• Department of Computer Method in Metallurgy, University of Science and Technology, 30-059 Kraków, Mickiewicza 30, Poland

autor

Pietrzyk M.

• Department of Computer Method in Metallurgy, University of Science and Technology, 30-059 Kraków, Mickiewicza 30, Poland

Bibliografia

• [1] N. Saito, T. Nakamura, T. Ohtani, M. Kuroki, E. Masuda, T. Idegomori, JSAE Review 22, 29-38 (2001).
• [2] P. Kapranos, T.Y. Liu, H. V. Atkinson, D. H. Kirkwood, Journal of Materials Processing Technology 11, 31-36 (2001).
• [3] H. A. Barnes, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanic 70, 1-33 (1997).
• [4] K. Sołek, T. Stuczyński, P. Macioł, Z. Mitura. Proceedings of Aluminium in Transport 2003 Conference, Tomaszowice 131-143.
• [5] P. A. Joly, R. Mehrabi an. Journal of Materials Science 11, 1393- 1418 (1976).
• [6] P. Kumar, C. L. Martin, S. Brown. Acta Metallurgica Materalia 42, 11, 3595-3602 (1994).
• [7] C. L. Martin, P. Kumar.S. Brown, Acta Metallurgica Materalia 42, 11, 3603-3614 (1994).
• [8] A. T. Dinsdale, P. N. Quested, Journal of Materials Science 39, 24 7221- 7228 (2004).
• [9] K. Sołek, A. Bialobrzeski, Archives of Metallurgy and Materials 49 3, 681-698 (2004).
• [10] M. F. Zhu, J. M. Kim, C. P. Hong, ISIJ International 41, 9, 992- 998, (2001).
• [11] A. Shterenlikht, 3D CAFE Modeling of Transitional Ductile - Brittle Fracture in Steels, PhD Thesis, Univeristy of Sheffiled, Sheffilcd, 2003.
• [12] J. von Neumann, Theory and Organization of Complicated Automata, in A. W. Burks, ed., "Theory of Self-Reproducing Automata [by] John von Neumann', University of Illinois Press, Urbana 29-87, (1949).
• [13] S. Wolfram, Cellular Automata and Complexity, Perseus Books Group, 1994, ISBN 0201626640.
• [14] T. Worsen, Future generation Computer Systems 16, 157-170(1999).
• [15] C. H. J. Davies, Scripta Materialia 36, 1; 35-40 (1996).
• [16] M. Qian, Z. X. Guo, Mat. Science and Engineering. A365, 180-185 (2004).
• [17] R. Ding, Z. X. Guo, Computational Material Science 23, 209-218 (2002).
• [18] F. Montheillet, P. Gilormini, International. Journal, of Plasticity 12, 4, 561-574 (1996).
• [19] Y. Liu, T. Baudin, R. Penelle, Scripta Materialia 34, 11, 1679- 1683 (1996).
• [20] L. Salvo, W. R. Loue, M. Sury, ISIJ International. 35, 6, 798-804 (1995).
• [21] J. Koke, M. Modigell, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanic 112, 141-160 (2003).
• [22] A. R. A. McLelland, N. G. Henderson, H. V. Atkinson, D. H. Kirkwood, Materials Science and Engineering A. 232, 110-118 (1977).
• [23] P. J. Ward, H. V. Atkinson, D. H. Kirkwood, S. B. Chin, T. Y. Liu, M. R. Barkhudarov, Modeling of Casting, Welding and Advanced Solidification Processes IX, Aachen 2000, 397-401.
• [24] N. S. Kim, C. G. Kang, J. of Mat. Proc. Tech. 103, 237- 246 (2000).