Strain distribution analysis based on the digital material representation

• Autorzy: Madej L. , Rauch L. , Yang C.

Warianty tytułu

PL

Analiza stanu odkształcenia w oparciu o cyfrową reprezentację materiałów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Results of research on application of modern numerical approaches for analysis of influence of microstructure heterogeneities on strain distribution during material processing are presented in this work. This work is part of the research towards development of the tool for detailed microstructure modeling. The main focus here is put on the micro scale behavior, where advantages of digital material representation can be taken into account. Digital representation allows to model microstructure with its features like crystallographic orientation, grain boundaries or phase boundaries taken in an explicit manner. By combination of these digital structures with numerical simulation methods a possibility to improve quality of results was created. Developed method can be used to design specifically dedicated microstructures, which meet very strict requirements. In the first part of the work the review of various ideas of digital representation of materials is presented. It is followed by a short description of the application of the developed approach to creation of the digital microstructures. The main focus is put on the application of cellular automata technique. Afterwards, obtained digital microstructures of ferrite steel and two phase steels are used as an input data for the finite element analysis of the compression test. Selected results are also presented and discussed in the paper.

PL

W pracy przedstawiono postęp w badaniach nad zastosowaniem nowoczesnych metod numerycznych do analizy wpływu niejednorodności mikrostruktury na stan odkształcenia w materiałach poddanych obciążeniom. Przeprowadzone badania dotyczą przede wszystkim skali mikro, ponieważ szczególny nacisk w modelowaniu położono na wykorzystanie zalet cyfrowej reprezentacji materiału. Cyfrowa reprezentacja pozwala wiernie odwzorować rzeczywistą mikrostrukturę materiałów polikrystalicznych z jej cechami charakterystycznymi (np. orientacja krystalograficzna, granice ziaren, granice faz) w formie jawnej. Wykorzystanie takiej reprezentacji w połączeniu z metodami symulacji numerycznych stwarza możliwość uzyskania nowej jakości wyników, które mogą zostac użyte do projektowania dedykowanych mikrostruktur materiałowych zapewniajacych zadane własności. W artykule przedstawiono zarówno przegląd dotychczasowych zastosowań koncepcji cyfrowej reprezentacji materiału jak również propozycje własnych rozwiązań, takich jak np.: automaty komórkowe stosowane do modelowania zjawisk zachodzących w mikrostrukturze. Wygenerowane w ten sposób mikrostruktury dla stali ferrytycznej oraz stali dwufazowych poddano następnie symulacjom spęczania z wykorzystaniem komercyjnych pakietów metody elementów skończonych. Dyskusja otrzymanych wyniki również jest zawarta w niniejszej pracy.

Słowa kluczowe

EN

digital material representation; cellular automata; image processing

PL

cyfrowa reprezentacja materiałów; 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: 2009
• Tom: Vol. 54, iss. 3
• Strony: 557--565
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Madej L.

autor

Rauch L.

autor

Yang C.

• AGH UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY, INTERDISCIPLINARY CENTRE FOR MATERIALS MODELLING, 30-059 KRAKOW, 30 MICKIEWICZA AV., POLAND

Bibliografia

• [1] J.-L. Chenot, Y. Chastel, Mechanical, thermal and physical coupling methods in FE analysis of metal forming processes, Journal of Materials Processing Technology 60, 1-4, 11-18 (1996).
• [2] P. Montmitonnet, R. Loge, M. Hamery, Y. Chastel, J.-L. Doudoux, J.-L. Aubin, 3D elastic-plastic finite element simulation of cold pilgering of zircaloy tubes, Journal of Materials Processing Technology 125-126, 814-820 (2002).
• [3] M. Pietrzyk, Through-process modelling of microstructure evolution in hot forming of steels Journal of Materials Processing Technology 125-126, 53-62 (2002).
• [4] S. Kobayashi, S. I. Oh, T. Altan, Metal Forming and the Finite Element Method, Oxford University Press, New York, Oxford, 1989.
• [5] M. Pietrzyk, L. Madej, D. Szeliga, R. Kuziak, V. Pidvysotskyy, H. Paul, W. Wajda, Rheological models of metallic materials, in: Research in Polish Metallurgy at the Beginning of XXI Century, eds. K. Swiatkowski, M. Blicharski, K. Fitzner, W. Kapturkiewicz, M. Pietrzyk, J. Kazior, Akapit, Krakow, 2006, 325-346.
• [6] D. Szeliga, M. Pietrzyk, Testing of the inverse software for identification of rheological models of materiale subjected to plastic deformation, Archives of Civil and Mechanical Engineering and Mech. Eng. 7, 35-52 (2007).
• [7] H. Beladi, Y. Adachi, I. Timokhina, P. D. Hodgson, Crystallographic analysis of nanobainitic steels, Scripta Materialia, in press.
• [8] I. Sabirov,Y. Estrin,M. R. Barnett, I. Timokhina, P. D. Hodgson, Tensile deformation of an ultrafine-grained aluminium alloy: Micro shear banding and grain boundary sliding, Acta Materialia 56, 10, 2223-2230.
• [9] I. B. Timokhina, P. D. Hodgson, S. P. Ringer, R. K. Zheng, E. V. Pereloma, Precipitate characterisation of an advanced high-strength low-alloy (HSLA) steel using atom probe tomography, Scripta Materialia 56, 7, 601-604.
• [10] H. Justinger, G. Hirt, Estimation of grain size and grain orientation influence in microforming processes by Taylor factor considerations, Jaurnel of Materiale Processing Technology, in press.
• [11] A. Ayyar, N. Chawla, Microstructure-based modeling of crack growth in particle reinforced composites, Composites Science and Technology 66, 1980-1994 (2006).
• [12] M. Bernacki, Y. Chastel, H. Digonnet, H. Resk, T. Coupez, R. E. Loge, Development of numerical tools for the multiscale modelling of recrystallisation in metals, based on a digital material framework, Computer Methods in Materials Science Sci. 7, (2007).
• [13] M. A. Melchior, L. Delannay, A texture discretization technique adapted to polycrystalline aggregates with non-uniform grain size, Computational Material Science 37, 557-564 (2006).
• [14] L. Rauch, L. Madej, Deformation of the dual phase material on the basis of digital representation of microstructure, Steel Res. Int. 79, Special Edition Metal Forming Conf. 2, 247-254 (2008).
• [15] V. Romanova, R. Balokhonov, P. Makarov, S. Schmauder, E. Soppa, Simulation of elasto-plastic behaviour of an artificial 3D-structure under dynamic loading, Comput. Mater. Sci. 28, 518-528 (2003).
• [16] P. R. Dawson, M. P. Miller, The digital material - an environment for collaborative material design, project poster. Available at: http://anisotropy.mae. cornell. edu/downloads/dplab/.
• [17] G. Cybułka, P. Jamrozik, T. Wejrzanowski, L. Rauch, L. Madej, Digital representation of microstructure, Proc. CMS Conf., Krakow, 2007, 379-384.
• [18] J. Von Neumann, Theory of self reproducing automata, ed., Bamk A. W., University of Illinois, Urbana, 1966.
• [19] L. Delannay, I. Doghri, O. Pierard, Prediction of tension-compression cycles in multiphase steel using a modified incremental mean-field model, Int. J., Solid and Structures 44, 2007, 7291-7306.