Constitutive model of plastic strain induced phenomena at cryogenic temperatures

• Autorzy: Skoczeń B.

Warianty tytułu

PL

Opis konstytutywny zjawisk wywołanych odkształceniami plastycznymi w temperaturach kriogenicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

FCC metals and alloys are frequently used in cryogenic applications, nearly down to the temperature of absolute zero, because of their excellent physical and mechanical properties, including ductility. These materials, often characterized by the Low Stacking Fault Energy (LSFE), undergo at low temperatures three distinct phenomena: Dynamic Strain Ageing (DSA), plastic strain induced transformation from the parent phase to the secondary phase _ and evolution of micro-damage. As all three phenomena lead to irreversible degradation of lattice and can accelerate the process of material failure, a combined constitutive description appears to be fundamental for the correct analysis of structures applied at very low temperatures. The constitutive model presented in the paper takes into account all the three phenomena as well as the relevant thermodynamic background.

PL

Materiały konstrukcyjne (metale lub ich stopy) o sieci krystalicznej regularnej ściennie centrowanej są często stosowane w temperaturach kriogenicznych (także w temperaturach bliskich absolutnego zera) z uwagi na bardzo dobre własności fizyczne i mechaniczne, a w szczególności wysoką plastyczność. Materiały te, charakteryzujące się z reguły niską energią błędu ułożenia, podlegają w niskich temperaturach trzem procesom: dynamicznemu starzeniu odkształceniowemu (które generuje nieciągłe płynięcie plastyczne), przemianie fazowej od struktury regularnej ściennie centrowanej do struktury regularnej przestrzennie centrowanej oraz ewolucji mikrouszkodzeń. Wszystkie te zjawiska prowadzą do nieodwracalnej degradacji sieci krystalicznej i szybszego zniszczenia materiału, dlatego budowa modelu konstytutywnego staje się nieodzownym elementem projektowania konstrukcji pracujących w temperaturach kriogenicznych. Model konstytutywny przedstawiony w artykule ujmuje wszystkie wyżej wymienione zjawiska, jak również termodynamikę procesów zacho- dzących w sieci krystalicznej w niskich temperaturach.

Słowa kluczowe

EN

constitutive behaviour; yield condition; phase transformation; voids and inclusions; cryogenic temperature

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 46 nr 4
• Strony: 949--971
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Skoczeń B.

• Cracow University of Technology, Institute of Applied Mechanics, Cracow, Poland,

Bibliografia

• 1. Bouquerel J., Verbeken K., de Cooman B.C., 2006, Microstructure-based model for the static mechanical behaviour of multiphase steels, Acta Materialia, 54, 1443-1456
• 2. Chaboche J.L., 1988a, Continuum damage mechanics: Part I – General concepts, Jour. Applied Mechanics, 55, 59-64
• 3. Chaboche J.L., 1988b, Continuum damage mechanics: Part II – Damage growth, crack initiation and crack growth, Jour. Applied Mechanics, 55, 64-72
• 4. Garion C., Skoczeń B., 2002, Modeling of plastic strain induced martensitic transformation for cryogenic applications, Journ. of Applied Mechanics, 69, 6, 755-762
• 5. Garion C., Skoczeń B., 2003, Combined model of strain induced phase transformation and orthotropic damage in ductile materials at cryogenic temperatures, Int. Journ. Damage Mech., 12, 4, 331-356
• 6. Garion C., Skoczeń B., Sgobba S., 2006, Constitutive modelling and identification of parameters of the plastic strain induced martensitic transformation in 316 L stainless steel at cryogenic temperatures, Int. Journ. of Plasticity, 22, 7, 1234-1264
• 7. Egner H., Skoczeń B., 2007, Model of anisotropic damage in ductile materials at cryogenic temperatures, Proc. Conf. Thermal Stresses TS’07, Taiwan
• 8. Hill R., 1965, A self consistent mechanics of composite materials, J. Mech. Phys. Solids , 13, 213-222
• 9. Lemaitre J., 1992, A Course on Damage Mechanics, Springer-Verlag, Berlin and New York
• 10. Mori T., Tanaka K., 1973, Average stress in matrix and average elastic energy of materials with misfitting inclusions, Acta Metall. Mater., 21, 571-574
• 11. Murakami S., 1990, A continuum mechanics theory of anisotropic damage, In: Yielding, Damage, and Failure of Anisotropic Solids, Proceedings of the IUTAM/ICM Symposium, EGF Publication 5, 465-482
• 12. Obst B., Nyilas A., 1991, Experimental evidence on the dislocation mechanism of serrated yielding in f.c.c. metals and alloys at low temperatures, Materials Science and Engineering, A137, 141-150
• 13. Obst B., Nyilas A., 1998, Time-resolved flow stress behavior of structural materials at low temperatures, Advances in Cryogenic Engineering (Materials), 44, Plenum Press, New York, 331-338
• 14. Olson G.B., Cohen M., 1975, Kinetics of strain-induced martensitic nucleation, Metallurgical Transactions, 6A, 791-795 Constitutive model of plastic strain... 971
• 15. Palej R., Nizioł J., 1986, On a direct method of analyzing impacting mechanical systems, J. of Sound and Vibration, 108, 2, 191-198
• 16. Skoczeń B., 2004, Compensation Systems for Low Temperature Applications, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York
• 17. Skoczeń B., 2007, Functionally graded structural members obtained via the low temperatures strain induced phase transformation, Int. Journ. Sol. Struct., 44, 5182-5207
• 18. Skoczeń B., Wróblewski A., 2007, Thermo-mechanical stress and strain fields resulting from the plastic strain induced phase transformation at cryogenic temperatures, Proc. Conf. Thermal Stresses TS’07, Taiwan
• 19. Zaiser M., Haehner P., 1997, Oscillatory modes of plastic deformation: theoretical concepts, Phys. Stat. Sol. B, 199, 267-330
• 20. Życzkowski M., 1981, Combined Loadings in the Theory of Plasticity, PWN – Polish Scientific Publishers, Warsaw, Poland