Modeling of damage evolution and martensitic transformation in austenitic steel at cryogenic temperature

• Autorzy: Ryś M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/meceng-2015-0029

Warianty tytułu

PL

Modelowanie rozwoju uszkodzeń i przemiany martenzytycznej w stali austenitycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the present work, a constitutive model of materials undergoing the plastic strain induced phase transformation and damage evolution has been developed. The model is based on the linearized transformation kinetics. Moreover, isotropic damage evolution is considered. The constitutive model has been implemented in the finite element software Abaqus/Explicit by means of the external user subroutine VUMAT. A uniaxial tension test was simulated in Abaqus/Explicit to compare experimental and numerical results. Expansion bellows was also modelled and computed as a real structural element, commonly used at cryogenic conditions.

PL

W artykule przedstawiono konstytutywny model materiału podlegającemu przemianie fazowej wywołanej odkształceniami plastycznymi oraz rozwojowi uszkodzeń. Przemiana fazowa opisana jest modelem liniowym. Ponadto, w pracy uwzględniono izotropowy rozwój uszkodzeń. Opis konstytutywny został zaimplementowany w komercyjnym programie Abaqus/Explicit z wykorzystaniem zewnętrznej procedury użytkownika VUMAT. Dokonano symulacji testu jednoosiowego rozciągania w celu porównania wyników eksperymentalnych z numerycznymi. Jako przykład rzeczywistego elementu konstrukcyjnego, pracującego w warunkach temperatur kriogenicznych, dokonano symulacji pracy kompensatora.

Słowa kluczowe

EN

constitutive modeling; phase transformation; damage evolution; expansion joints

PL

modelowanie konstytutywne; przemiana fazowa; rozwój uszkodzenia; połączenia dylatacyjne

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. LXII, nr 4
• Strony: 523--537
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ryś M.

• Institute of Applied Mechanics, Cracow University of Technology

Bibliografia

• [1] Skoczeń B.: Constitutive model of plastic strain induced phenomena at cryogenic temperatures, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 46, 4, 2008.
• [2] Olson G.B., Cohen M.: Kinetics of strain-induced martensitic nucleation, Metallurgical Transactions, 6A, 1975, 791-795.
• [3] Garion C., Skoczeń B.: Modeling of plastic strain induced martensitic transformations for cryogenic applications, Journal of Applied Mechanics, 69, 6, 2002, 755-762.
• [4] Sun X., Choi K.S., Liu W.N., Khaleel M.A.: Predicting failure modes and ductility of dual phase steels using plastic strain localization, International Journal of Plasticity, 25, 10, 2009, 1888-1909.
• [5] Garion C., Skoczeń B.: Combined model of strain-induced phase transformation and orthotropic damage in ductile materials at cryogenic temperatures, International Journal of Damage Mechanics, vol. 12, N4, p. 331-356, 2003.
• [6] Egner H., Skoczeń B.: Ductile damage development in two-phase materials applied at cryogenic temperatures, International Journal of Plasticity, 26, 2010, 488-506.
• [7] Egner H., Skoczeń B., Ryś M.: Constitutive and numerical modeling of coupled dissipative phenomena in 316L stainless steel at cryogenic temperatures, International Journal of Plasticity, 64, 2015.
• [8] Ortwein R., Skoczeń B., Tock J. Ph.: Micromechanics based constitutive modeling of martensitic transformation in metastable materials subjected to torsion at cryogenic temperatures, International Journal of Plasticity, 59, 2014.
• [9] Petit B., Gey N., Cherkaoui M., Bolle B., Humbert M.: Deformation behavior and microstructure/texture evolution of an annealed 304 AISI stainless steel sheet. Experimental and micromechanical modeling. International Journal of Plasticity, 23, 2007.
• [10] Egner H.: Modelowanie konstytutywne sprzężonych problemów mechaniki materiałów dyssypatywnych, Seria Mechanika, Monografia 444, Kraków 2013.
• [11] Egner H., Ryś M.: Modelowanie sprzężenia pomiędzy rozwojem uszkodzeń i przemianą fazową w stali austenitycznej w warunkach temperatur kriogenicznych, Czasopismo Techniczne, 8-M/2012, zeszyt 22, rok 109, 2013.
• [12] Hallberg H., Hakansoon P., Ristinmaa M.: Thermo-mechanically coupled model of diffusionless phase transformation in austenitic steel, International Journal of Solids and Structures, 47, 2010, 1580-1591.
• [13] Mahnken R., Schneidt A.: A thermodynamics framework and numerical aspects for transformation-induced plasticity at large strains, Archives of Applied Mechanics, 80, 2010, 229-253.
• [14] Chaboche J.L.: Continuum damage mechanics: Part I-General concepts, Journal of Applied Mechanics, 55(1), 1988a, 59-64.
• [15] Chaboche J.L.: Continuum damage mechanics: Part II-Damge growth crack initiation and crack growth, ASMEE Journal of Applied Mechanics, 55, 1988b, 64-72.
• [16] Lemaitre J.: A course on damage mechanics, Springer-Verlag, Berlin and New York 1992.
• [17] Hallberg H., Hakansoon P., Ristinmaa M.: A constitutive model for the formation of martensite in austenitic steels under large strain plasticity, International Journal of Plasticity, 23, 2007, 1213-1239.
• [18] Fischer, F.D., Reisner, G., Werner, E., Tanaka, K., Cailletaud, G., Antretter, T.: A new view on transformation induced plasticity (TRIP), International Journal of Plasticity, 16(1-8), 2000, 723-748.
• [19] Skoczeń B.: Compensation Systems for Low Temperature Applications, Springer 2004.
• [20] Ryś M.: Constitutive modelling and identification of parameters of 316L stainless steel at cryogenic temperatures, Acta Mechanica et Automatica, vol. 8 no. 3, 2014.

Uwagi

EN

This work has been supported by the National Science Centre through the Grant No. UMO-2013/11/B/ST8/00332