Explicit microscopic fatigue analysis of forged components

• Autorzy: Milesi M. , Chastel Y. , Bernacki M. , Logé R. E. , Bouchard P. O.

Warianty tytułu

PL

Analiza mikroskopowa zmeczenia w elementach kutych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Numerical modelling of fatigue behavior for anisotropic structures has become critical for design applications. This is particularly true for forged components due to the intrinsic anisotropy of the material resulting from the process. The aim of this study is to relate the microstructure features to the process scale, i.e. the engineering scale. Anisotropy is induced by the forming process and the most relevant feature which results from forging, is the preferential orientation of structural defects and grains in the direction of the deformation. Grain flow is modelled using a fiber tensor at the level of the representative elementary volume. It can then be used to improve and refine the Papadopoulos fatigue criterion by taking into account fatigue limits for each direction of anisotropy. In practice, it is very tedious to determine precisely these fatigue limits and impossible to obtain experimentally all of them for each direction of uniaxial loading. To circumvent this difficulty, we simulate the problem at the microstructure scale by considering fiber tensor as the result of the inclusion and grain orientation. Microstructures are then precisely modelled using DIGIMICRO software. A representative elementary volume with several inclusions is meshed and high cycle fatigue simulation is performed.

PL

Numeryczne modelowanie zmęczenia materiału staje się kluczową sprawą dla zastosowań w projektowaniu procesów. Jest to szczególnie istotne dla elementów kutych, ze względu na nieodłączną anizotropię materiału wynikającą z charakteru procesu kucia. Celem niniejszej pracy jest odniesienie cech mikrostruktury materiału do skali procesu, to znaczy do skali analizowanej przez inżynierów. Anizotropia jest wprowadzana do materiału w czasie procesu przeróbki plastycznej i najbardziej odpowiednią cechą strukturalną, która wynika z procesu kucia, jest uprzywilejowana orientacja defektów strukturalnych i ziaren w kierunku odkształcenia. Odkształcenie ziaren jest modelowane za pomocą tensora struktury włóknistej na poziomie reprezentatywnego elementu objętości. Poprzez rozważenie kryterium zmęczeniowego w każdym anizotropowym kierunku, ten tensor może być wykorzystany do poprawy i udoskonalenia kryterium zmęczeniowego Papadopoulosa. Dokładne wyznaczenie tych granic odporności zmęczeniowej jest bardzo żmudne, a określenie ich dla wszystkich kierunków przy jednoosiowym obciążeniu na podstawie badań doświadczalnych jest praktycznie niemożliwe. Aby pokonać te trudności przeprowadzono symulacje tego problemu w skali mikrostruktury poprzez rozważenie tensora struktury włóknistej wynikającego z orientacji wtrąceń i ziaren. Mikrostruktura jest moddpwana dokładnie programem DIGIMICRO. Reprezentacyjny element objętości z wtrąceniami pokryto siatką elementów I przeprowadzony symulacje wysoko cyklowego zmęczenia.

Słowa kluczowe

EN

high cycle fatigue; multiaxial criterion; anisotropy; critical plane approach; fiber tensor; digital material; multiscale approach

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 7, No. 4
• Strony: 383--388
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Milesi M.

autor

Chastel Y.

autor

Bernacki M.

autor

Logé R. E.

autor

Bouchard P. O.

• CEMEF-ENSMP, Centre de Mise en Forme des Materiaux, UMR CNRS 7635, BP 207, 06904 Sophia Antipolis Cedex, France,

Bibliografia

• Bernacki, M., Chastel, Y., Digonnet, H., Resk, H., Coupez, T. and Loge, R.E. , 2007, Development of numerical tools for the multiscale modelling of recrystallization in metals, based on a digital material framework, Computer Methods in Materials Science, 7, 142-149.
• Coupez, T., 1991, Grandes transformations et remaillage automatique, Thèse de doctorat de l'Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris.
• Dang Van K., Griveau B., Message O., 1989, On a new multiaxial high cycle fatigue limit criterion: Theory and application, Biaxial and Multiaxial Fatigue, EGF 3, Mech. Engng Pub., London, 479-496.
• Milesi, M., Chastel, Y., Bernacki, M., Loge, R.E., Bouchard, P.O., 2007, Multiaxial fatigue criterion accounting for grain flow orientation in forged components, Fatigue Design, Senlis, France.
• Morel, F., Flaceliere, L., 2005, Data scatter in multiaxial fatigue: from the infinite to the finite fatigue life regime, Int. J. Fatigue, 27, 1089-1101.
• Papadopoulos I.V., 1993, Fatigue limit of metals under multiaxial stress conditions: the microscopic approach, technical note no. N°I.93.101, Commission of the European Communities, Joint Research Centre, 46.
• Pessart, E., Morel, F., Morel, A., 2007, Intégration de l'anisotropie dans un modele de fatigue probabiliste, MECAMATNational Conference, Aussois.
• Sethian, J.A., 1996, Level Set Methods and Fast Marching Methods, Cambridge University Press, Cambridge.
• Temmel, C., Karlsson, B., Ingesten, N.G., 2006, Fatigue Anisotropy in Cross-Rolled, Hardened Medium Carbon Steel Resulting from MnS Inclusions, Metall. Mater. Trans. A, 37A, 2995-3007.