Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

A coupled multi-physics model for induction heat treatment processes

Cardinaux D., Bay F., Chastel Y.

Computer Methods in Materials Science

|

2010

|

Vol. 10, No. 4

307-312

EN

Several multi-physics problems are coupled in induction heat treatment processes. This makes them often difficult to control and understand. For instance, anticipations or minimizing distortions generated by such a process usually may require long and costly try-outs. A specific computational tool has been developed to help designing and optimizing this class of heat treatment operations. The tool is based on a multi-physics model which couples electromagnetic equations, heat transfer, mechanical response of the material, and metallurgical phase changes. This paper gives a short presentation of this tool. Emphasis is placed on analyzing which phenomena have to be taken into account. Simulations of the induction heating of a crankshaft are also presented.

PL

Obróbka cieplna z nagrzewaniem indukcyjnym obejmuje szereg zjawisk fizycznych. W konsekwencji ten proces jest trudny do sterowania i zrozumienia. Przykładowo, przewidywanie i minimalizacja zniekształcenia wyrobu wywołanego nagrzewaniem indukcyjnym wymaga wielu kosztownych prób. Opracowano dedykowane narzędzie numeryczne dla wspomagania projektowania tego typu operacji obróbki cieplnej. Narzędzie opiera się na wielo fizycznym modelu, który łączy równania elektromagnetyczne, transportu ciepła, mechanicznej odpowiedzi materiału i metalurgicznego opisu przemian fazowych. W artykule opisano podstawy modelu. Nacisk położono na ocenę, które mają najistotniejsze znaczenie i powinny być uwzględnione w analizie. Zaprezentowano wyniki symulacji nagrzewania indukcyjnego wału korbowego.

2

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.

3

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.

4

Strategies of transport of microstructural variables for remeshing - application to texture-induced mechanical anisotropy in metals

Beringhier M., Loge R., Delannay L., Chastel Y.

Computer Methods in Materials Science

|

2006

|

Vol. 6, No. 3-4

133-139

EN

Finite element computations of metal forming often involve large deformations so that the mesh degenerates and a remeshing procedure is required. When microstructural variables are attached to the nodes or integration points of the mesh, they have to be transported from the old mesh to the new one by using an interpolation technique. Such interpolation of microstructure variables automatically induce numerical errors, and in many cases, may even have no physical meaning. In this paper two strategies of transport based on the Lagrangian particles concept are presented. They can be applied to a wide range of discretized microstructures. As an example, the transport of the variables of a polycrystalline plasticity model is used for simulations of uniaxial compression of a reference aluminium sample. Various numerical strategies are compared in terms of the accuracy of the description of the evolving mechanical anisotropy.

PL

W obliczeniach metodą elementów skończonych często mamy do czynienia z dużymi odkształceniami siatki i wymagana jest jej aktualizacja (remeshing). Jeżeli w punktach całkowania lub w węzłach określone są parametry mikrostruktury, muszą one zostać przeniesione ze starej siatki do nowej. Stosowane są w tym celu metody interpolacji. Interpolacja zmiennych opisujących mikrostrukturę wprowadza błędy numeryczne i, w wielu przypadkach, może nie mieć fizycznego znaczenia. W pracy przedstawiono dwie strategie przekazywania oparte na idei cząstek Lagrange'a. Metody te mogą zostać zastosowane do szerokiego zakresu dyskretyzowanych mikrostruktur. Przeniesienie zmiennych modelu krystalicznej plastyczności zastosowano do symulacji osiowosymetrycznego ściskania próbki z aluminium przedstawiono w pracy jako przykład. Różne strategie numeryczne są porównane odnośnie dokładności opisu rozwijającej się w materiale mechanicznej anizotropii.