Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Evaluation of Adhesive Wear Mechanism for Application in Hybrid Tool Wear Model in Hot Forging Process

Wilkus M., Rauch Ł., Szeliga D., Pietrzyk M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2019

|

Vol. 64, iss. 4

1395--1402

EN

In hot forging process, tool life is an important factor which influences the economy of production. Wear mechanisms in these processes are dependent on each other, so modeling of them is a difficult problem. The present research is focused on development of a hybrid tool wear model for hot forging processes and evaluation of adding adhesive mechanism component to this model. Although adhesive wear is dominant in cases, in which sliding distances are large, there is a group of hot forging processes, in which adhesion is an important factor in specific tool parts. In the paper, a proposed hybrid tool wear model has been described and various adhesive wear models have been reviewed. The feasible model has been chosen, adapted and implemented. It has been shown that adding adhesive wear model increases predictive capabilities of the global hybrid tool wear model as far as characteristic hot forging processes is considered.

2

Computer system for design of the hot rolling technology for advanced multiphase steel strips

Rauch Ł., Bzowski K., Pietrzyk M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2018

|

Vol. 85, nr 4

109--114

EN

The paper presents implementation of computer system dedicated to flexible design of hot rolling technologies. The system allows to compose a production line, which includes rolling, cooling and coiling devices with all the parameters dedicated to control the manufacturing process. VirtRoll system is implemented in mixed client-server architecture including both strong server and strong client sides, where the first one is based on Model-View-Controller (MVC) Angular approach, and the latter one is based on PHP Restful API. Moreover, the server side is responsible for submission of computing jobs to High Performance Computing (HPC) infrastructure to obtain fast and reliable results. The most important advantage of the system is a flexible material models definition giving the possibility to introduce innovative materials models into the final design of the modern hot rolling processes.

PL

Artykuł przedstawia system komputerowy dedykowany do elastycznego projektowania technologii walcowania na gorąco. System umożliwia komponowanie linii produkcyjnych składających się z urządzeń do walcowania, chłodzenia oraz zwijania. System VirtRoll został zaimplementowany w architekturze mocnego klienta i mocnego serwera, gdzie pierwszy z nich zaimplementowany został zgodnie z rozwiązaniem Model-Widok-Kontroler (MVC) Angular, natomiast drugi w technologii Restful API umożliwiającej bezpośrednie wysłanie zapytania na serwer WWW. Ponadto, serwer odpowiada za zlecanie zadań obliczeniowych na infrastrukturę sprzętową obliczeń wysokiej wydajności (HPC) w celu osiągnięcia szybkich i wiarygodnych wyników. Najważniejszą korzyścią z opracowania systemu jest jednak możliwość elastycznego definiowania modeli materiałowych, co pozwala na wprowadzanie innowacyjnych materiałów do projektów technologii walcowania na gorąco.

3

Identification of material model for Finite Element Modelling of quenching process

Michalik K., Banaś K., Bzowski K., Rauch Ł., Cybułka P.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2017

|

Vol. 84, nr 4

146--149

EN

The paper concerns modelling of quenching process using the finite element method. The special emphasis is put on finding the proper material characteristics, in particular for heat transfer coefficient on solid-fluid contact boundary and heat conduction for fluid, in case of highly complex flow close to the solid-fluid boundary. Only heat transfer and fluid flow are considered with solid phase mechanical behaviour neglected. The paper presents an approximate numerical model of the process and technical means by which its implementation is realised. The included numerical examples show how the obtained model allows for fast approximate simulations of quenching.

PL

W pracy analizowany jest przypadek modelowania - za pomocą metody elementów skończonych - hartowania z wykorzystaniem oleju jako czynnika chłodzącego, w którym dochodzi do kontaktu ciała stałego i płynu w temperaturach przekraczających temperatury wrzenia oleju. Praca przedstawia techniczne aspekty realizacji numerycznej w ramach własnego oprogramowania do symulacji MES [5], ze szczególnym uwzględnieniem empirycznego doboru własności materiałowych. Wyniki wskazują, że warunki brzegowe na granicy ciała stałego z płynem z eksperymentalnymi wartościami współczynnika przenikania ciepła pozwalają na bardziej dokładne modelowanie przepływu ciepła w procesie hartowania metalu w oleju.

4

Synergetic approach to die wear modelling in hot forging process

Wilkus M., Szeliga D., Rauch Ł., Pietrzyk M.

Computer Methods in Materials Science

|

2017

|

Vol. 17, No. 4

193--204

EN

A proposition of the hybrid model of the tool wear in hot forging is described in the paper. The idea of the model was based on distinguishing various mechanisms of the tool wear and evaluation of the mutual influence of these mechanisms. The analysis of factors, cumulative wear of which is mutually dependent, confirmed that all mechanisms influence each other in some way. To cover this, the hybrid die wear model was proposed which includes significance of each mechanism and the mutual relation between them. Additionally, to include change of material parameters, modification of these parameters was account for by a feedback, passing modified die geometry and optionally material parameters into the next iteration of die wear modelling. Developed model consists of the FE simulation to which the following process parameters are supplied by the user: wear mechanisms blocks containing adequate models, significance models and extrapolation routines for results or input parameters, component to apply computed wear value as a die geometry and control the computation of multi-iteration wear prediction. Some mechanisms blocks contain additional components for computing correction of surface parameters altered by thermomechanical fatigue, cracks or increased porosity. Numerical tests of the model were performed for the second operation in the forging of clutch wheel. Comparison of predictions and measurements confirmed improvement of the model predictive capability when synergy of the three mechanisms was accounted for.

PL

W pracy opisano hybrydowy model zużycia narzędzi w procesie kucia na gorąco. Idea modelu bazuje na rozróżnieniu mechanizmów degradacji narzędzi i ocenie ich wpływu na siebie. Analiza czynników, których sumaryczne zużycie jest wzajemnie zależne, wykazała, że wszystkie mechanizmy wpływają na siebie. Aby to wziąć pod uwagę, opracowano hybrydowy model uwzględniający istotność każdego z mechanizmów oraz ich synergię. Dodatkowo uwzględniono zmianę własności materiału narzędzia w czasie kucia kolejnych odkuwek. Zrealizowano to poprzez sprzężenie zwrotne przekazujące nowy kształt narzędzia i własności materiału do następnej iteracji. Opracowany model obejmuje symulację metodą elementów skończonych z następującymi parametrami wprowadzanymi przez użytkownika: blok mechanizmów zużycia zawierający odpowiednie modele, procedury ekstrapolacji dla parametrów wejściowych i wyjściowych, modele istotności, komponenty' przeliczające zużycie na kształt narzędzia oraz blok sterowania iteracyjnymi obliczeniami zużycia. Niektóre bloki dla mechanizmów zużycia zawierają dodatkowe składniki pozwalające korygować parametrów powierzchni uwzględniając wpływ termomechanicznego zmęczenia, mikro- pęknięć i wzrostu porowatości. Numeryczne testy modelu zostały przeprowadzone dla drugiej operacji kucia kola czołowego sprzęgła. Porównanie wyników obliczeń i pomiarów potwierdziło poprawę dokładności kiedy zastosowano model uwzględniający synergię trzech mechanizmów.

5

Numerical model of cold deformation of TRIP steel

Rauch Ł., Skóra M., Bzowski K., Pietrzyk M.

Computer Methods in Materials Science

|

2017

|

Vol. 17, No. 4

205--215

EN

Exploring possibilities of modelling deformation of TRIP steel during manufacturing of fasteners was the objective of the paper. Homogenised flow stress model for the investigated steels was determined first on the basis of compression tests. Inverse analysis was applied to eliminate the effect of friction and deformation heating in compression. Possibility of prediction of local strains and stresses accounting for the TRIP effect was investigated next. Representative Volume Element (RVE) and Statistically Similar Representative Volume Element (SSRVE) with TRIP microstructures were developed and subjected to deformation. Transformation of the retained austenite into martensite was simulated. Computing costs of the RVE and SSRVE were compared and it was shown that they are an order of the magnitude lower for the latter. The SSRVE based micro model, which can be attached to the FE code which simulates forging of fasteners, is the main output of the paper.

XX

Głównym celem artykułu było zbadanie możliwości modelowania odkształcenia stali TRIP w procesie wytwarzania elementów złącznych. W pierwszej kolejności wyznaczono zhomogenizowane naprężenie uplastyczniające badanych stali wykorzystując wyniki prób ściskania. W celu wyeliminowania wpływu tarcia i zamiany pracy odkształcenia na ciepło zastosowano analizę odwrotną. W drugiej części pracy badano możliwości przewidywania lokalnych odkształceń i naprężeń z uwzględnieniem efektu TRIP w stali. Skonstruowano reprezentatywny element objętości (REO) i statystycznie podobny reprezentatywny element objętości (SPREO) z mikrostrukturą TR[P. Te elementy zostały poddane odkształceniom w temperaturze otoczenia. W trakcie odkształcenia modelowano przemianę austenitu szczątkowego w martenzyt. Porównano koszty obliczeń dla REO i SPREO i wykazano, że dla SPREO są one o rząd wielkości mniejsze. SPREO z mikrostrukturą TRIP, który może zostać zaimplementowany w modelu MES symulującym kucie elementów złącznych, jest głównym wynikiem pracy.

6

Development of the material database for the VirtRoll computer system dedicated to design of an optimal hot strip rolling technology

Bzowski K., Kitowski J., Kuziak R., Uranga P., Gutierrez I., Jacolot R., Rauch Ł., Pietrzyk M.

Computer Methods in Materials Science

|

2017

|

Vol. 17, No. 4

223--244

EN

The paper describes the material database, which was developed and included in the VirtRoll computer system dedicated to the design of optimal hot strip rolling technologies. The structure and functionalities of the database are described in the first part of the paper. The integration between the database and the system through the Scalarm platform is described next. Following chapters are dedicated to generation of material data, which are included in the database. These data are coefficients in material models, which include flow stress models, microstructure evolution models, phase transformation models and mechanical properties models. Several models of various complexity and various predictive capabilities were chosen for each mentioned phenomenon. All are mean field models to allow fast simulation of the whole manufacturing chain. Modern steel grades were selected as the case studies. Experimental tests performed to generate the data composed plastometric tests, stress relaxation tests and dilatometric tests. Inverse analysis was applied to determine the coefficients in the model. Discussion of results focused on validation and on new aspects of models recapitulates the paper.

PL

W artykule opisano bazę danych materiałowych, która została opracowana i zaimplementowana w komputerowym systemie VirtRoll przeznaczonym do projektowania optymalnych technologii walcowania blach na gorąco. W pierwszej części arykułu opisano strukturę i funkcjonalności bazy danych. W dalszej kolejności przedstawiono integrację bazy z systemem VirtRoll za pośrednictwem platformy Scalarm. Następne rozdziały artykułu są dedykowane generowaniu parametrów materiałowych, które zostały wprowadzone do bazy danych. Tymi parametrami są współczynniki w modelach materiałów obejmujących naprężenie uplastyczniające, rozwój mikrostruktury, przemiany fazowe i własności mechaniczne. Rozważono szereg modeli o różnym, stopniu skomplikowania i różnych możliwościach obliczeniowych. Wszystkie modele należą do grupy modeli średniego pola (ang. mean field) i pozwalają na szybkie symulacje całego cyklu wytwarzania blach. Nowoczesne stale wielofazowe zostały wybrane jako przykłady obliczeniowe. Aby uzyskać dane do identyfikacji modeli wykonano badania doświadczalne obejmujące próby plastometryczne, relaksacji naprężeń i próby dylatometryczne. Identyfikację przeprowadzono z wykorzystaniem analizy odwrotnej. Dyskusja wyników została skupiona na walidacji modeli i na nowych aspektach modelowania.

7

Komputerowe wspomaganie projektowania procesu tłoczenia w podwyższonej temperaturze na przykładzie wytwarzania elementu ze stopu magnezu

Ambroziński M., Rauch Ł., Paćko M., Gronostajski Z., Kaczyński P., Jaśkiewicz K., Krawczyk J.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 1

59--62

PL

Praca stanowi część projektu, którego celem jest ocena możliwości wykorzystania wyrobów ze stopów magnezu w elementach konstrukcyjnych nadwozi samochodowych. Motywacją do przeprowadzenia badań było dążenie do obniżenia masy komponentu z zachowaniem jego dotychczasowych funkcji konstrukcyjnych. Skupiono się na wykorzystaniu symulacji numerycznej procesu wytwarzania elementu wspornika będącego częścią usztywniającą konstrukcję belki wzmacniającej układ kierowniczy samochodu. Zbadano laboratoryjnie stop magnezu AZ31 i przeprowadzono symulacje numeryczne uwzględniające zachowanie się materiału podczas formowania w podwyższonych temperaturach. Przedstawiono uzyskane wyniki oraz ocenę przydatności stopów magnezu do wybranego zastosowania.

EN

This work represents a segment of the investigation project work intended to review the prospects of application magnesium alloy materials for production of the car chassis parts. The need for the research has aroused from the concept of replacing the conventional heavy steel parts with the lightweight magnesium alloy substitutes revealing however equivalent strength and functional properties. The study focused on numerical simulation of the manufacturing process specified for the bracket supporting the steering system reinforcing beam. Laboratory tests of the magnesium alloy grade AZ31 material were performed and numerical simulations were conducted with due consideration given to material behavior when formed at elevated temperatures. Finally presented are the results of the tests and prospects of application of the magnesium alloys for selected purposes.

8

The Off-Line Computer System for Design of the Hot Rolling and Laminar Cooling Technology for Steel Strips

Rauch Ł., Bzowski K., Kuziak R, Kitowski J., Pietrzyk M.

Journal of Machine Engineering

|

2016

|

Vol. 16, No. 2

27--43

EN

The objective of this work was development of the computer system VirtRoll, which allows designing of the arbitrary rolling line and performing numerical simulations using high efficiency hardware architectures. Selection of the mechanical, thermal, microstructural and phase transformation models, which allow decreasing the computing costs while the accuracy of simulations is maintained on the reasonable level, was one of the objectives of the paper. Thus, metamodel was applied in the mechanical part and a simple finite element approach was used in the thermal part of the hot rolling model. Simulations of microstructure evolution in hot rolling and phase transformations during the laminar cooling were based on modified Avrami equation. The system was designed in the client-server architecture, in which client part is in the form of the graphical interface. This interface allows to design of rolling line. The server part is composed of: i) controllers which prepare computing tasks, ii) middleware layer responsible for launching and monitoring of the computing tasks, iii) the layer of numerical computations. Deal.II library dedicated to solve partial differential equations was used for the time step adaptations. All these parts led to short computing times and additionally allowed parallel solution of the optimization tasks. Simulations of thermal-mechanical-microstructural phenomena were performed for the rolling-cooling sequence and the results allowed validation of the system.

9

Hybrid computer system for the identification of metallic material models on the basis of laboratory experiments

Rauch Ł., Górecki G., Pietrzyk M.

Computer Science

|

2016

|

Vol. 17 (2)

123--143

EN

The identification of the proper parameters of material models plays a crucial role in the design of production technologies, especially in the case of modern materials with diversified properties under different boundary conditions. The procedure of identification is usually based on an optimization algorithm that uses sophisticated numerical simulations as a part of the goal function and compares the obtained results with experimental tests. Despite its reliability, such an approach is numerically inefficient. This paper presents the concept of how to replace the most numerically-demanding part of the identification procedure with metamodels, allowing us to maintain uniform result quality. The computer system, which allows us to manage input data, metamodels, and calculations, is proposed and described in detail in this paper. Finally, the proposed approach is validated on the basis of tests performed in the laboratory.

10

Strategy for the selection of the best phase transformation model for simulation of metals processing

Rauch Ł., Bzowski K., Perzyński K., Madej Ł., Milenin A., Pietrzyk M.

Computer Methods in Materials Science

|

2016

|

Vol. 16, No. 4

224--237

EN

Connection of the finite element program with phase transformation models is often needed when prediction of distribution of phase composition in the product is of interest. Depending on the type of the phase transformation model this connection may involve long computing times. Moreover, when the optimization task has to be formulated and solved, the computing costs may radically increase. It is particularly troublesome when the objective function is composed of advanced microstructural parameters or product properties, evaluation of which requires an application of multiscale modelling techniques. In the present paper the possibilities of decreasing of the computing costs for optimization of metals processing were explored. Several case studies, which require connection of the FE code with phase transformation models, were analysed and computing times were compared. Efficiency of modelling depending on the complexity of the macro scale FE mesh was evaluated.

PL

Połączenie programu z metody elementów skończonych (MES) z modelem przemian fazowych jest niezbędne, kiedy potrzebna jest informacja o rozkładzie składu fazowego w wyrobie gotowym. W zależności od rodzaju modelu przemian fazowych takie połączenie może pociągać za sobą bardzo długie czasy obliczeń. Ponadto, kiedy dodatkowo musi zostać sformułowane i rozwiązane zadanie optymalizacyjne, koszty obliczeń mogą jeszcze radykalnie wzrosnąć. Jest to szczególnie kłopotliwe, kiedy funkcja celu zawiera zaawansowane parametry mikrostruktury lub własności wyrobu, których obliczenie wymaga zastosowania modelowania wieloskalowego. W niniejszej pracy analizowano możliwości skrócenia czasów obliczeń związanych z optymalizacją procesów przetwórstwa metali. Porównano czasy obliczeń dla symulacji różnych procesów, w których potrzebne jest połączenie MES z modelami przemian fazowych. Oceniono efektywność modelowania w zależności od złożoności siatki MES w skali makro.

11

Sensitivity analysis and identification of the phase transformation model based on the control theory

Milenin I., Bzowski K., Rauch Ł.

Computer Methods in Materials Science

|

2016

|

Vol. 16, No. 4

204--212

EN

The aim of this work was to improve the previously developed model of austenite-ferrite phase transformation by its identification for selected steels and by performing sensitivity analysis. Created model allows prediction of phase transformation kinetics for non-isothermal conditions. Model is characterized by very short computing time and relatively good predictive capabilities. There are five input coefficients in the model, which should be identified for each steel on the basis of dilatometric tests. In the previous works model was used to predict phase transformation kinetics in various DP steels for different thermal cycles. In the first part of this work sensitivity analysis of the model was performed using three methods: quality method, factorial design method and Morris analysis method. Obtained sensitivity coefficients described how changes of the model input parameters influence the response of the model and which of these parameters are the most significant. The second part of the work was devoted to model identification for the selected steels. Identification problem was turned into optimization task which was solved using Hooke-Jeeves method. Obtained model’s parameters allowed describing austenite-ferrite phase transformation in the conditions of varying temperatures. Validation of the model was performed by comparison with the results obtained from the advances numerical model based on the solution of the diffusion equation in the austenite. Results obtain from both models for typical thermal cycled used to obtain multiphase microstructure were compared.

PL

Celem pracy była poprawa modelu przemian fazowych poprzez jego identyfikację dla wybranych gatunków stali oraz przeprowadzenie analizy wrażliwości. Opracowany model pozwala przewidywać kinetykę przemian fazowych w warunkach zmiennej temperatury. Model charakteryzuje się bardzo krótkim czasem obliczeń i dobrymi możliwościami obliczeniowymi. W modelu jest pięć współczynników, które muszą być wyznaczone dla badanej stali na podstawie badań dylatometrycznych. We wcześniejszych pracach model został wykorzystany do przewidywania kinetyki przemian fazowych w wybranych stalach DP poddawanych różnym cyklom cieplnym. W pierwszej części niniejszej pracy przeprowadzono analizę wrażliwości modelu wykorzystując dwie metody: lokalną analizę wrażliwości i metodę Morrisa. Wyznaczone współczynniki wrażliwości opisują w jakim stopniu parametry modelu wpływają na jego wyjście oraz które z tych parametrów mają największe znaczenie. W drugiej części pracy przeprowadzono identyfikację współczynników modelu. Zadanie identyfikacji jest problemem odwrotnym, który przekształcono w zadanie optymalizacyjne. Optimum poszukiwano metodą Hooke-Jeevesa. Wyznaczone współczynniki modelu pozwoliły na opisanie kinetyki przemiany austenite-ferryt w warunkach zmiennej temperatury. Walidację modelu przeprowadzono poprzez porównanie uzyskiwanych wyników z rezultatami symulacji zaawansowanym modelem numerycznym wykorzystującym rozwiązanie równania dyfuzji węgla w austenicie. Analizowano standardowe cykle cieplne stosowane dla uzyskania mikrostruktur wielofazowych i uzyskano dobrą zgodność między modelami.

12

Computer aided design of manufacturing of automotive part made of magnesium alloy

Ambroziński M., Rauch Ł., Paćko M., Gronostajski Z., Jaśkiewicz K., Chorzępa W

Computer Methods in Materials Science

|

2016

|

Vol. 16, No. 4

177--186

EN

Evaluation of the possibility of substitution of steel part in the car body by the one made of AZ31 alloy was the objective of the paper. Bracket in the support of the steering wheel was selected for the analysis. Two criteria were selected to evaluate the possibility of using the Mg alloy part: i) stiffness of this part cannot be lower than that of the steel part, ii) Manufacturing of the part has to be possible. The objective of the research was a design of the shape of the bracket, that meets assumed criteria including manufacturing and assembly possibilities. The optimization task was formulated to reach this objective. Maximum stiffness of the part was the objective function and technological limitations were the constraints. Dimensions of the bracket were the optimization variables. Optimal shape was designed and numerical simulations were performed to evaluate possibility of stamping of this part. Simulations have shown that the decrease of the thickness is within of acceptable limits and that the strains are below the limiting strains. Thus, proposition of the shape of the magnesium alloy bracket, which can be safely manufactured by stamping, is the main output of the paper.

PL

Ocena możliwości zastąpienia stalowej części nadwozia sa-mochodu przez część zrobioną ze stopu magnezu była głównym celem pracy. Jako przykład do analizy wybrano wspornik w układzie kierowniczym. Dla oceny możliwości zastosowania części ze stopu magnezu przyjęto dwa kryteria: i) sztywność tej części nie może być niższa niż sztywność części stalowej, ii) Wytworzenie części w procesie tłoczenia musi być możliwe. Celem badań było zaprojektowanie kształtu wspornika, który spełniałby przedstawione kryteria. Wykorzystując metody optymalizacji zaprojektowano nowy kształt wspornika ze stopu magnezu. Za kryterium optymalizacji przyjęto maksimum sztywności wprowadzając minimum głębokości przetłoczenia jako ograniczenie technologiczne. Wymiary wspornika były zmiennymi decyzyjnymi. Wykonano symulacje numeryczne tłoczenia wspornika o optymalnym kształcie. Wyniki symulacji wykazały, że pocienienie materiału mieści się w dopuszczalnych granicach i że odkształcenia w całej części są poniżej odkształceń granicznych. Projekt wspornika, który może być bezpiecznie wytwarzany metodą tłoczenia, jest głównym osiągnięciem pracy.

13

Wykorzystanie modelu przemian fazowych do oceny wytrzymałości i odkształcalności stali DP

Bzowski K., Rauch Ł., Pietrzyk M., Kuziak R.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2015

|

R. 60, nr 12

762--768

PL

Celem pracy jest stworzenie modelu opisującego zależności pomiędzy mikrostrukturą a własnościami elementów ze stali DP wykonanych z blach po procesie walcowania na gorąco i laminarnym chłodzeniu. W mikrostrukturze tego rodzaju stali obserwowane są wyspy twardego martenzytu osadzone w miękkiej i plastycznej osnowie ferrytu. Zarówno morfologia jak i skład strukturalny kształtowany jest przez przemiany fazowe, których przebieg jest ściśle uzależniony od schematu laminarnego chłodzenia. Model przemiany ferrytycznej wykorzystujący rozwiązanie równania dyfuzji z ruchomą granicą międzyfazową posłużył w niniejszej pracy do przewidzenia morfologii i składu strukturalnego stali po ochłodzeniu do temperatury otoczenia. Zagadnienie sformułowane na bazie II Prawa Ficka i metodzie poziomic zostało rozwiązane za pomocą Metody Elementów Skończonych (MES). Wykonano testy numeryczne dla różnych cykli chłodzenia, co pozwoliło na otrzymanie morfologii mikrostruktury z różnymi ułamkami objętości poszczególnych faz. Reprezentatywne elementy objętości zawierające wyznaczone mikrostruktury stali DP poddano odkształceniu poprzez rozciąganie i na tej podstawie oceniono wytrzymałość stali reprezentowaną przez naprężenie uplastyczniające. Kryterium pękania Cockrofta-Lathama włączone do programu MES wykorzystano do oceny tendencji do pękania różnych mikrostruktur. Zebrane wyniki pozwoliły na otrzymanie zależności pomiędzy cyklem chłodzenia i ułamkiem objętości martenzytu a wytrzymałością stali. Artykuł przestawia opis modelu, metodologię badań jak również weryfikację doświadczalną.

EN

The aim of the work is to develop a new numerical model capable to predict the relationship between microstructure and material properties of sheet products made of dual phase (DP) steels after processes of hot rolling and laminar cooling. Observed microstructure contains the islands of hard martensite embedded in a soft and ductile ferritic matrix. Both the morphology and the composition of components of microstructure is developed by phase transformations, which are related to a scheme of laminar cooling used in the production process. Ferritic transformation model that uses the solution of diffusion equation with a moving boundary was used in this study to predict the morphology and phase composition of dual phase steels. The problem was formulated on the basis of the Second Fick’s Law and Level Set Method, and solved by using Finite Element Method (FEM). Numerical tests performed for different cooling cycles, allowed to obtain the microstructure morphology with different volume fractions of individual phases. Representative volume element obtained from simulation of phase transformation was deformed in uniaxial tension test. Cockroft-Latham fracture criterion was incorporated into FEM to assess the tendency to crack a variety of microstructures. The collected results allowed to determine the relationship between the cooling cycle, volume fraction of martensite and the tensile strength. The paper contains description of the model, research methodology and experimental verification.

14

Wieloskalowe modelowanie odkształcenia stali TRIP w procesie ciągnienia prętów

Bachniak D., Bzowski K., Rauch Ł., Pietrzyk M

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2015

|

z. 267

13--18

PL

Tematem pracy jest modelowanie lokalnych zjawisk występujących w stalach TRIP w procesie ciągnienia prętów. Symulację numeryczną procesu ciągnienia w skali makro przeprowadzono za pomocą metody elementów skończonych (MES), a rzeczywistą mikrostrukturę w skali mikro zastąpiono przez Reprezentatywny Element Objętości (ang. Representative Volume Element - RVE). Początkowo struktura RVE została stworzona z wykorzystaniem algorytmów analizy obrazu oraz bazując na wynikach pracy podejmującej problem doboru parametrów obróbki cieplnej stali TRD [1]. Przedstawione podejście w połączeniu z miarami statystycznymi pozwoliło na stworzenie Statystycznie Podobnego Reprezentatywnego Elementu Objętości (ang. Statistically Similar Representative Volume Element - SSRVE) [2]. Taki element umożliwił uproszczenie reprezentacji faz w mikrostrukturze zakładając okresowe warunki brzegowe. Właściwości poszczególnych faz przyjęto na podstawie pracy [3], w której zostały one określone za pomocą badań plastometrycznych. Właściwości faz, włączając naprężenia uplastyczniające, zostały wprowadzone do SSRVE. Następnie, w celu określenia wielkości odkształcenia austenitu szczątkowego, wykonano symulacje odkształcenia elementu SSRVE dla różnych parametrów początkowych. Rozkład austenitu szczątkowego w próbce wyznaczono na podstawie relacji pomiędzy ułamkiem objętości austenitu i odkształceniem. Otrzymane wyniki zweryfikowano wykorzystując dostępne dane doświadczalne [4-6], a weryfikacja potwierdziła wiarygodność modelu wieloskalowego.

EN

Modelling of local phenomena occurring in TRIP steels during deformation in the rod drawing process was the objective of the paper. Process parameters at macro scale were calculated using finite element (FE) method. Representative Volume Elements (RVE) were attached to the flow lines in the FE program. Initial microstructure in the RVE was generated using image analysis for various parameters of heat treatment proposed in [1]. Following this, statistical methods were used to generate Statistically Similar Representative Volume Element (SSRVE) [2]. This element contains simplified representation of phases in the microstructure assuming periodic boundary conditions. Properties of phases were taken from the literature [3], where they were determined in plastometric tests. In the case of martensite it was compression on nano samples. These properties of phases including flow stress were introduced to SSRVE and simulations of deformation of this element during process were performed for various drawing parameters and deformation of the retained austenite was predicted. Accounting for relation between amount of deformation and volume fraction of the retained austenite distribution of the latter was determined. The results were confirmed with available experimental data [4-6] and good predictive capability of the multiscale model was confirmed.

15

Stworzenie podstaw do budowy hybrydowego modelu zużycia narzędzi do kucia na gorąco

Wilkus M., Rauch Ł., Polak S., Gronostajski Z., Pietrzyk M

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2015

|

z. 267

103--108

PL

Motywacją dla wykonanych badań była próba stworzenia podstaw dla modelu zużycia narzędzi do kucia uwzględniającego różne mechanizmy zużycia. Bazą dla koncepcji modelu były symulacje metodą elementów skończonych procesu kucia. Obliczone parametry sklasyfikowano w aspekcie wpływu na różne mechanizmy zużycia. Następnie na etapie post-processingu wykonano analizę wrażliwości i oceniono wpływ tych parametrów na zużycie narzędzi, a wyniki porównano z pomiarami ubytku materiału i głębokości pęknięć dla wybranej odkuwki. Przeprowadzono analizę porównawczą dla różnych fragmentów powierzchni i wyznaczono jakościową korelację między tymi pomiarami i obliczonymi parametrami. Na tej podstawie stworzono koncepcję budowy hybrydowego modelu zużycia narzędzi do kucia.

EN

An attempt to build the tool wear model, which accounts for various mechanisms of wear, was the motivation. Finite element simulations created the basis for this analysis. Calculated parameters were classified according to their influence on various wear mechanisms. Following this during post-processing sensitivity analysis was performed and influence of these parameters on the tool wear was evaluated. The results were compared with the measurements of wear and cracks depth at various points of the die. Qualitative correlation between measurements and calculated parameters was assessed and the basis for the hybrid tool wear model was proposed.

16

Komputerowy system wspomagający projektowanie technologii walcowania blach cienkich ze stali wielofazowych

Rauch Ł., Bzowski K., Bednarski K., Kuziak R., Radwański K., Pietrzyk M.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2015

|

T. 67, nr 2

129--135

PL

W artykule opisano komputerowy system wspierający projektowanie technologii walcowania blach ze stali wielofazowych. Do modelowania złożonych procesów metalurgicznych występujących w procesie walcowania zastosowano heterogeniczne architektury komputerowe. Zasadniczym celem pracy było uzyskanie integracji dziedzinowo zorientowanego systemu VirtRoll z platformą Scalarm działającą na bazie architektury usług sieciowych SOA (ang. Service Oriented Architecture) i umożliwiającą masowe zrównoleglenie oraz analizę parametryczną. Szczególny nacisk położono na aspekty bezpieczeństwa integracji oraz udostępniania zasobów. W artykule opisano następującą funkcjonalność systemu: przepływ informacji przy modelowaniu walcowania, dziedzinowo zorientowany system do interpretacji badań doświadczalnych, integracja tego systemu z platformą do analizy parametrów procesu. Ponadto, omówione zostały możliwości zastosowania opracowanego rozwiązania w praktyce jak i potencjalne korzyści ekonomiczne wynikające z tego zastosowania.

EN

The paper describes the computer system for the design of rolling technology for multiphase steel strips. Heterogeneous computational infrastructures were applied to study complex metallurgical processes occurring during rolling. The goal of the work was achieved by integration of a domain-oriented system (VirtRoll) with a platform for massive parameter studies (Scalarm) on the basis of Service Oriented Architecture (SOA). In particular, technological and security aspects of the integration and permissions delegation are discussed in the paper. The following aspects of the system are describe: a workflow of studying rolling processes with the parameter study approach, the domain-oriented system for conducting metallurgical experiments, its integration with the platform for parameter studies along with its enhancements, a sample use of the developed solution and its potential business benefits.

17

On application of heterogeneous hardware architectures based on advanced RISC machines to fem calculations

Bzowski K., Rauch Ł.

Computer Methods in Materials Science

|

2015

|

Vol. 15, No.3

435--440

EN

Advanced RISC Machine (ARM) hardware architectures are nowadays one of the most popular solutions among processors widelypresent in mobile and embedded systems. Due to relatively low power consumption and high multithreaded capabilities they can be found in more than 75% 32-bits devices (Frenzel Jr, 2010). Modern ARM processors also contain integrated high efficiency graphics units like Mali T6xx which made them particularly useful for growing market of mobile devices. Mali processors support OpenCL standard which made them valuable for wide range of scientific computing, where processing power is as much important as power consumption. Presented paper contains proof of concept of Finite Element Method (FEM) software capable to compute transient heat transfer analysis and implemented for ARM architecture. Exemplary implementation using OpenCL was prepared. Efficiency data as well as comparison between modern GPGPU, accelerators and ARM devices are included in the paper.

PL

Architektura Advanced RISC Machinę (ARM) jest obecnie jedną z najbardziej popularnych rozwiązań wśród procesorów mobilnych i systemów wbudowanych. W związku ze znacznie mniejszym zużyciem energii elektrycznej i wysoką wielowątkowością znalazły one zastosowanie w ponad 75% obecnie stosowanych systemów 32-bitowych (Frenzel Jr, 2010). Nowoczesne procesory ARM zawierają często zintegrowane jednostki graficzne wysokiej wydajności, takie jak Mali T6xx, co sprawia że stały się one szczególnie użyteczne dla dynamicznie rozwijającego się rynku urządzeń mobilnych. Procesory z rodziny Mali T6xx wspierają standard OpenCL, co powoduje, że mogą one również zostać wykorzystane w szerokiej gamie obliczeń naukowych, w których moc obliczeniowa jest tak samo istotna jak oszczędność energii. W artykule przedstawiono koncepcję oprogramowania wykorzystującego metodę elementów skończonych do obliczeń niestacjonarnych przepływów ciepła z wykorzystaniem architektury obliczeniowej ARM. Przedstawiono przykładową implementację z wykorzystaniem technologii OpenCL, jak również wykonano testy porównawcze z nowoczesnymi architekturami GPGPU oraz analizy energetyczne.

18

Application of isogeometric analysis to modeling of elastic deformation in dual phase materials by using Statistically Similar Representative Volume Element on heterogeneous hardware devices

Bachniak D., Rauch Ł.

Computer Methods in Materials Science

|

2015

|

Vol. 15, No.4

459--468

EN

Statistically Similar Representative Volume Element (SSRVE) is a methodology applied for reduction of complexity of material microstructure representation for dual phase materials like DP steels or composites. It is based on assumption that typical RVE can be further reduced into simplified form, which joined together periodically behaves the same as its larger equivalent. SSRVE is based on Non-Uniform Relational B-Splines representation and determined by using optimization procedure, where objective function includes comparison of mechanical properties, shape coefficients and statistical characteristics. The first of these elements requires application of Finite Element Method (FEM) allowing to simulate deformation of pattern RVE and current SSRVE within elastic or elastic-plastic range. This paper presents approach allowing to replace time consuming FEM with more efficient Isogeometric Analysis (IGA). The performance of new approach is analysed and compared to conventional FEM-based methodology. Special attention is put on possibilities of IGA implementation on heterogeneous hardware devices allowing to improve computational efficiency and decrease overall power consumption.

PL

Statystycznie Podobny Reprezentatywny Element Objętościowy (ang. Statistically Similar Representative Volume Element, SSRVE) jest metodyką stosowaną w celu redukcji złożoności obliczeniowej reprezentacji mikrostruktury materiałów wielofazowych jak np.: stale DP oraz kompozyty. Podejście to bazuje na założeniu, że typowa reprezentacja RVE może być jeszcze bardziej uproszczona do elementu, który połączony periodycznie z samym sobą będzie zachowywał się podobnie jak jego bardziej złożony odpowiednik. SSRVE konstruowany jest w oparciu o krzywe NURBS (ang. Non-Uniform Rational B-Splines), a wyznaczany za pomocą procedury optymalizacji, gdzie funkcja celu zawiera własności mechaniczne, współczynniki kształtu oraz charakterystykę statystyczną analizowanej mikrostruktury. Pierwszy z wymienionych elementów funkcji celu wymaga zastosowania Metody Elementów Skończonych (MES), umożliwiającej symulację odkształcenia zarówno wzorca RVE jak i kolejnych rozwiązań SSRVE w zakresie sprężystym oraz sprężysto-plastycznym. Niniejszy artykuł przedstawia podejście pozwalające na podmianę kosztownej obliczeniowo procedury MES bardziej wydajną metodą analizy Izogeometrycznej (ang. Isogeometric Analysis, IGA). Wydajność nowego podejścia została przeanalizowana i porównana z konwencjonalnym rozwiązaniem opartym o MES. Ponadto, w artykule omówiona została możliwość zastosowania rozwiązania IGA z wykorzystaniem heterogenicznych architektur sprzętowych, co umożliwi poprawę wydajności obliczeniowej całego podejścia.

19

Robust Multiscale Modelling of Two-Phase Steels on Heterogeneous Hardware Infrastructures by Using Statistically Similar Representative Volume Element

Rauch Ł., Bzowski K., Bachniak D., Pietrzyk M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3A

1973--1979

EN

The coupled finite element multiscale simulations (FE2) require costly numerical procedures in both macro and micro scales. Attempts to improve numerical efficiency are focused mainly on two areas of development, i.e. parallelization/distribution of numerical procedures and simplification of virtual material representation. One of the representatives of both mentioned areas is the idea of Statistically Similar Representative Volume Element (SSRVE). It aims at the reduction of the number of finite elements in micro scale as well as at parallelization of the calculations in micro scale which can be performed without barriers. The simplification of computational domain is realized by transformation of sophisticated images of material microstructure into artificially created simple objects being characterized by similar features as their original equivalents. In existing solutions for two-phase steels SSRVE is created on the basis of the analysis of shape coefficients of hard phase in real microstructure and searching for a representative simple structure with similar shape coefficients. Optimization techniques were used to solve this task. In the present paper local strains and stresses are added to the cost function in optimization. Various forms of the objective function composed of different elements were investigated and used in the optimization procedure for the creation of the final SSRVE. The results are compared as far as the efficiency of the procedure and uniqueness of the solution are considered. The best objective function composed of shape coefficients, as well as of strains and stresses, was proposed. Examples of SSRVEs determined for the investigated two-phase steel using that objective function are demonstrated in the paper. Each step of SSRVE creation is investigated from computational efficiency point of view. The proposition of implementation of the whole computational procedure on modern High Performance Computing (HPC) infrastructures is described. It includes software architecture of the solution as well as presentation of the middleware applied for data farming purposes.

PL

Symulacje wieloskalowe z wykorzystaniem sprzężonej metody elementów skończonych wymagają kosztownych numerycznie procedur zarówno w skali makro jak i mikro. Próby poprawy efektywności numerycznej skupione są przede wszystkim na dwóch obszarach rozwoju tj. zrównoleglenie/rozproszenie procedur numerycznych oraz uproszczenie wirtualnej reprezentacji materiału. Jedną z metod reprezentującą obydwa obszary jest podejście Statystycznie Podobnego Reprezentatywnego Elementu Objętościowego. Głównym celem tej metody jest redukcja ilości elementów dyskretyzujących przestrzeń obliczeniową, ale również możliwość zrównoleglenia obliczeń w skali mikro, które mogą być realizowane niezależnie od siebie. Uproszczenie domeny obliczeniowej poprzez tworzenie elementu SSRVE realizowane jest za pomocą metod optymalizacji umożliwiających tworzenie elementu najbardziej podobnego do rzeczywistego materiału na podstawie wybranych cech charakterystycznych. W rozwiązaniu dla stali dwufazowych cechy opisujące podobieństwo są tworzone na podstawie analizy współczynników kształtu ziaren martenzytu na zdjęciu rzeczywistej mikrostruktury. Natomiast podejście przedstawione w niniejszym artykule zostało rozbudowane dodatkowo o lokalne wartości naprężeń i odkształceń tak, aby w pełni odzwierciedlić podobieństwo zarówno wizualne jak i behawioralne. Różne formy funkcji celu zostały poddane analizie w procesie optymalizacji, a uzyskane wyniki zostały porównane pod względem jakości, a także efektywności i unikalności rozwiązania. Ostatecznie zaproponowana została najlepsza funkcja celu obejmująca współczynniki kształtu oraz wartości naprężeń i odkształceń. Przykłady SSRVE wyznaczone dla analizowanych stali dwufazowych zostały przedstawione w artykule. Natomiast każdy krok procedury tworzenia elementu SSRVE został poddany analizie wydajności obliczeniowe, na podstawie której zaproponowane zostało podejście wykorzystujące nowoczesne architektury sprzętowe wysokiej wydajności. Opis podejścia zawiera zarówno architekturę rozwiązania jak i prezentację oprogramowania warstwy pośredniczącej.

20

Application of Numerical and Physical Simulation to Design of the Best Manufacturing Technology for Fasteners

Kusiak J., Skóra M., Rauch Ł., Szeliga D., Pietrzyk M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 1

455--460

EN

The development of the best manufacturing technology for fasteners was the subject of this work. Physical and numerical simulations were used to evaluate various technological variants. Possibility of application of new generation bainitic steels was considered, as well. Improvement of exploitation properties was the objective of the optimization having in mind tool wear and manufacturing costs as constraints. Several fasteners were investigated but results for three parts, including Allen screw, screw anchors used to carry concrete plates are presented as a case study. Industrial trials were performed and confirmed correctness of the designed manufacturing technology.

PL

Przedmiotem pracy była metodyka projektowania najlepszej technologii wytwarzania elementów złącznych. Różne warianty technologiczne były przedmiotem symulacji fizycznych i numerycznych. Rozważono również możliwość zastosowania nowych materiałów w postaci stali bainitycznych. Celem optymalizacji była poprawa własności eksploatacyjnych wyrobów natomiast zużycie narzędzi i koszty wytwarzania wprowadzono jako ograniczenia. Rozważono cały szereg elementów złącznych ale w pracy zamieszczono wyniki dla trzech wyrobów, a mianowicie śruby imbusowej, kotwy do betonu oraz niestandardowej śruby z kwadratową główką. Wykonane próby przemysłowe potwierdziły prawidłowość zaproponowanych technologii wytwarzania tych elementów.