Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Recent and future developments in finite element metal forming simulation

Andrietti S., Chenot J. -L., Bernacki M., Bouchard P. O., Fourment L., Hachem M., Perchat E.

Computer Methods in Materials Science

|

2015

|

Vol. 15, No.2

265--293

EN

After more than 40 years of development, finite element metal forming simulation has reached a high level of maturity. After a short mechanical and thermal introduction, the main scientific and technical developments are briefly described. We consider numerical issues, such as adaptive remeshing or parallel computing; coupling phenomena for a more realistic simulation, such as thermal and metallurgical coupling, with a special emphasis on modeling of microstructure evolution; the use of optimization for forming processes or for parameters identification. Finally the main potential future research fields for the next 10 years are outlined: process stability and stochastic approaches, more effective massively parallel computing and extension of the application to generate the whole “virtual factory”.

PL

Po ponad 40 latach rozwoju metoda elementów skończonych (MES) osiągnęła wysoki poziom doskonałości. W artykule przedstawiono krótki wstęp do rozwiązywania tą metodą zadań mechanicznych i cieplnych, a następnie opisano główne naukowe i techniczne aspekty rozwoju MES. Rozważono problemy numeryczne, takie jak adaptacyjna przebudowa siatki (adaptive remeshing), rozwiązywanie zadań sprzężonych, takich jak sprzężenie cieplno-mechaniczne, dla otrzymania bardziej realistycznych symulacji. Duży nacisk położono też na modelowanie rozwoju mikrostruktury, zastosowanie metod optymalizacji procesów kształtowania metali oraz na identyfikację parametrów modeli. W końcowej części artykułu omówiono główne potencjalne kierunki badań przewidywanych na najbliższe 10 lat, obejmujących stabilizację rozwiązania, uwzględnienie aspektów stochastyczne oraz bardziej efektywne obliczenia rozproszone. Podsumowaniem jest propozycja rozszerzenia zastosowań MES i stworzenie „wirtualnej fabryki".

2

Korzyści zakresu w działalności transportowej

Bernacki M.

Gospodarka Materiałowa i Logistyka

|

2013

|

nr 8

19--25

PL

Celem artykułu jest przedstawienie głównych źródeł, przyczyn, rodzajów i skutków występowania (technicznych) korzyści zakresu w działalności transportowej, a więc korzyści kosztowych powstających w związku z wieloproduktowym charakterem produkcji transportowej.

EN

The aim of the paper is to outline the main sources, drivers, forms and consequences of the (technical) scope economies in transport activities, thus cost economies arising from the multioutput character of the transport production. Scope economies in transport are rooted in the phenomenon of indivisibilities of the key production inputs, namely transport means, network and infrastructure. The presence of the non-sharable, common and joint costs also transport heterogeneous output expressed in different sort and attributes of transport services, there are the key drivers underlying economies of scope in transport activities. In transport one may distinguish scope economies arising from common and/or joint operation of transport facilities (e.g. transport means, transshipment equipment), transport infrastructure and transportation networks and its enhanced integrity. It is generally accepted that development of different forms of horizontal integration within transport sector is driven by the joint actions of transport producers to extract cost economies arising from the transport multioutput production.

3

Explicit microscopic fatigue analysis of forged components

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

Computer Methods in Materials Science

|

2007

|

Vol. 7, No. 4

383-388

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.

4

Development of numerical tools for the multiscale modelling of recrystallization in metals, based on a digital material framework

Bernacki M., Chastel Y., Digonnet H., Resk H., Coupez T., Logé R.

Computer Methods in Materials Science

|

2007

|

Vol. 7, No. 1

142-149

EN

This work is currently under development within the framework of an American-European project (Digimat Project) whose principal purpose is to model recrystallization in metals using a multiscale approach. The modelling effort is centered around a digital material framework. This framework is based on a digital representation of the material structure, where data coming from different scales can be stored or probed. The digital representation can be converted into finite element meshes, which are then used to model plastic deformation and subsequent recrystallization. The local behaviour of individual microstructure components is computed through models operating at different scales. In particular, grain constitutive models are derived from crystal plasticity concepts, with appropriate hardening/recovery laws which are linked to lower scale approaches at the dislocation level. Grain boundary motion is similarly described by connecting the continuum mechanical and thermal fields to simulations at the atomistic/dislocations levels. A detailed confrontation of the multiscale approach with experiment will be done at the ESRF synchrotron facility in Grenoble (France). In this paper, the needed development of numerical tools is presented together with the first finite element simulations. The development of the DIGIMAT software, dedicated to the concept of digital material, is first detailed. The construction of the virtual material consists in building a multi-level Voronoi tesselation. A polycrystalline microstructure made of grains and sub-grains can be obtained in a random or deterministic way. The software is at a stage of its development where it is possible to cut the microstructure along given planes, to approximate the grain shapes by a set of fitting ellipsoids, to roughly optimize the digital microstructure, and to generate a coarse mesh of the microstructure at each level of the microstructure (level 1 = external shape, level 2 =grains, level 3 = sub-grains). A second part of the work concerns the first finite elements simulations of a uniaxial compression test under large strain. The initial mesh is fine and anisotropic, taking into account the presence of interfaces between grains and sub-grains. A level-set approach is used to follow the grain boundaries during the deformation. In fact, with this method, the interface is modelled by the zero level-set of a time dependant level-set function which moves according to the mesh velocity field. The most complex test case carried out to date is a multi-domains Stokes problem, deforming at 85\% a cubic Volume Element made of 250 grains. Boundary conditions use a constant velocity in the compression direction, and free motion in the plane perpendicular to that direction. The constitutive law is a viscoplastic power law with a rate sensitivity of 0.2, and a variable hardness from one grain to another. The constitutive law will soon be replaced by a crystallographic formulation. Automatic isotropic and anisotropic remeshing, and parallel computation were successfully implemented, both features being crucial with respect to the Digimat project objectives (large strain to induce recrystallization, and large number of elements for a good representation of the microstructure). Finally, the bases of our first recrystallization simulations will be explained, including the description of nucleation and grain growth.

PL

Praca jest realizowana w ramach Amerykańsko-Europeskiego projektu (Digimat Project). W artykule opisano rozwój numerycznych narzędzi przeznaczonych do cyfrowej reprezentacji struktur metalicznych oraz do generowania powiązanych siatek anizotropowych dla modelowania metodą elementów skończonych dużych odkształceń polikrystalicznych mikrostruktur. Metoda ustalonych poziomów stosowana do opisu mikrostruktury stanowi wspólną bazę dla wszystkich analizowanych rozwiązań.