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

Recent development trends in metal forming

Gronostajski Z., Pater Z., Madej L., Gontarz A., Lisiecki L., Lukaszek-Solek A., Luksza J., Mróz S., Muskalski Z., Muzykiewicz W., Pietrzyk M., Sliwa R. E., Tomczak J., Wiewiórowska S., Winiarski G., Zasadzinski J., Ziólkiewicz S.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2019

|

Vol. 19, no. 3

898--941

EN

Major, recent developmental trends in the field of metal forming are presented in the paper both from experimental and numerical point of view. First, progress made in metal forming processes such as: rolling of long flat products, cross wedge rolling, open die forging, die forging, extrusion, drawing, and stamping are addressed. Then, the study provides infor-mation on the current trends in the application of numerical modeling in the field of metal forming. Presented discussion of the particular issues, is confronted with the authors' own, recently elaborated, solutions.

3

Identification of phase transformation model for the simulation of controlled cooling of bainitic steel tubes

Kuziak R., Radwański K., Molenda R., Mazur A., Broll J., Pietrzyk M.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2018

|

T. 70, nr 4

24--33

EN

JMAK (Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov) equation was adapted to simulation of phase transformations during cooling of bainitic steel tubes. The model was identified on the basis of the results obtained from the JMatPro software. Numerical tests for various cooling schedules showed model’s capability to predict a volume fraction of microstructure constituents of the tubes. The model was implemented into FE code for the simulation of tubes cooling. For the sake of the model capabilities, three cooling methods were considered: (i) free cooling in the air, (ii) cooling with the pressurised air, (iii) cooling with the water mist. Both symmetrical and asymmetrical cooling conditions were considered. The volume fractions of the tube’s microstructure constituents were calculated for each cooling conditions.

PL

W artykule adaptowano model JMAK (Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov) do symulacji numerycznej przemian fazowych w procesie chłodzenia rur ze stali bainitycznych. Identyfikację modelu przemian fazowych przeprowadzono na podstawie wyników obliczeń wykonanych za pomocą programu komputerowego JMatPro. Badania numeryczne, przeprowadzone dla różnych metod chłodzenia rur, pokazały możliwości obliczeniowe opracowanego modelu, które obejmują przewidywania udziałów objętościowych składników mikrostruktury stali podczas chłodzenia po austenityzacji. Opracowany model numeryczny przemian fazowych implementowano w kodzie opartym na metodzie elementów skończonych (MES), symulującym proces chłodzenia rur. Obliczenia przeprowadzono dla następujących warunków chłodzenia: (i) chłodzenie w spokojnym powietrzu, (ii) chłodzenie sprężonym powietrzem, (iii) chłodzenie mgłą wodno-powietrzną. Dla każdego sposobu chłodzenia, obliczono udziały objętościowe składników mikrostruktury rur.

4

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.

5

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.

6

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.

7

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.

8

Opracowanie i weryfikacja numeryczne go modelu chłodzenia pierścieni stosowanych w przemyśle lotniczym

Perzyński K., Madej Ł., Pietrzyk M., Szajding A., Raga K., Kubiak K.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2016

|

R. 61, nr 5

209--212

PL

Celem niniejszej pracy jest opracowanie modelu numerycznego procesu hartowania wyrobów ze stali z uwzględnieniem wpływu przemian fazowych z wykorzystaniem komercyjnego oprogramowania numerycznego ANSYS. W artykule zaproponowano model numeryczny swobodnego chłodzenia pierścieni stalowych z uwzględnieniem zaimplementowanego modelu przemiany bainitycznej oraz martenzytycznej. Kluczowa w proponowanym rozwiązaniu jest możliwość rozpatrywania niejednorodności w polu temperatury wynikająca z różnych prędkości chłodzenia na przekroju poprzecznym pierścienia, co w rezultacie wpływa na dokładność przewidywania naprężeń szczątkowych. Weryfikacja opracowanego modelu z wykorzystaniem wyników badań laboratoryjnych potwierdza jego duże możliwości określania zmian zachodzących podczas procesu chłodzenia pierścieni.

EN

The main goal of the paper is development of the numerical model for cooling simulations of steel products taking into account phase transformations. The phase transformation model was incorporated via the user subroutines to the commercial finite element software. The cooling process of steel rings used in the aircraft industry was selected as a case study. Particular attention was put on heterogeneities occurring in temperature field, which will influence phase transformations and eventually residual stresses. Developed model was validated with experimental results and its good predictive capabilities have been proved.

9

Struktury na bazie ZnO do detekcji światła ultrafioletowego

Paradowska K., Płaczek-Popko E., Zielony E., Pietrzyk M., Kozanecki A.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2016

|

R. 92, nr 9

39--42

PL

W poniższej pracy, dwie struktury p-Si/n-ZnMgO zostały scharakteryzowane pod kątem zastosowania w detektorach światła ultrafioletowego (UV). Przeprowadzone zostały pomiary charakterystyk prądowo-napięciowych (I-V), fotoluminescencji (PL) oraz fotoodpowiedzi. Charakterystyki I-V zostały zmierzone w 310 K i pozwoliły stwierdzić, że obie struktury posiadają właściwości prostujące. Pomiary fotoluminescencji i fotoodpowiedzi zostały przeprowadzone w temperaturze pokojowej. Została przeprowadzona dokładna analiza widm fotoluminescencji, które w jednej z próbek ujawniły pasma emisyjne świadczące o obecności defektów. Pomiary fotoodpowiedzi również zostały szczegółowo przeanalizowane, podane zostały główne wady badanych struktur oraz rozwiązania, które mogą przyczynić się do udoskonalenia struktur.

EN

In our paper, two p-Si/n-ZnMgO structures were characterized in terms of applicability in ultraviolet light detectors. A few measurement techniques have been applied: current-voltage (I-V) characteristics, photoluminescence (PL) and photoresponsivity measurements. I-V characteristics were measured at 310 K and allowed us to conlcude, that both of investigated structures have rectifying properties. Photoluminescence and photoresposivity measurements were performed at room temperature. The analysis of PL spectra exhibited emission bands corresponding to defects in one of studied samples. Photoresponsivity spectra were also thoroughly examined – the most important disadvantages of analysed structures were given together with possible solutions, which can be applied in order to obtain well-working UV detectors.

10

Rola badań modelowych w opracowaniu technologii wytwarzania blach cienkich do cięcia laserowego

Kuziak R., Pidvysots'kyy V., Mazur A., Zalecki W., Milenin A., Pietrzyk M.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2016

|

T. 68, nr 1

2--11

PL

Celem projektu było opracowanie technologii wytwarzania blach przeznaczonych do cięcia laserowego z uwzględnieniem składu chemicznego stali, parametrów procesu odlewania i walcowania ze szczególnym uwzględnieniem powstawania naprężeń własnych, spowodowanych odkształceniami termicznymi i zajściem przemian fazowych. W projekcie zrealizowano program badań laboratoryjnych i przemysłowych w celu określenia właściwości badanego materiału, zaś uzyskane wyniki wykorzystano w symulacjach numerycznych procesu walcowania przeprowadzonych z wykorzystaniem opracowanego systemu hybrydowego wspomagania technologii walcowania. Artykuł skupia się głównie na wynikach badań laboratoryjnych, przeprowadzonych w IMŻ, w aspekcie ich zastosowania w obszarach symulacji fizycznej i numerycznej.

EN

The aim of the project was to develop thin strips rolling technology for laser cutting. The chemical composition of steel, casting and rolling process parameters were accounted for in the investigation with special emphasis on the development of residual stresses connected with thermal dilatations and the occurrence of phase transformations. The scope of the investigations comprised determination of materials’ properties by means of laboratory trails and industrial experiments, and the obtained results were used in rolling process simulations using the developed hybrid system. The paper concentrates on the results of the laboratory investigations conducted at IMZ, taking into account their applications in physical and numerical rolling process simulations.

11

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.

12

Numerical Evaluation of Gear Ring Behavior During Various Cooling Conditions

Perzyński K., Madej Ł., Szajding A., Raga K., Kubiak K., Niechajowicz A., Jaskiewicz K., Gronostajski Z., Pietrzyk M.

Journal of Machine Engineering

|

2016

|

Vol. 16, No. 2

18--26

EN

The phase transformation model incorporated via the user subroutines to the commercial finite element software to accurately predict changes occurring during cooling of metallic components is presented in the paper. The cooling process of steel rings used in airplanes was selected as a case study. Particular attention was put on heterogeneities occurring in temperature field, which influence phase transformations and eventually residual stresses. Developed model was used in the present work to evaluate influence of different cooling conditions on ring behaviour.

13

Modelowanie wpływu parametrów chłodzenia laminarnego na wielkość naprężeń własnych w blachach walcowanych na gorąco

Milenin A., Witek S., Kuziak R., Lech-Grega M., Pietrzyk M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2016

|

Vol. 83, nr 4

133-140

PL

Naprężenia własne w blachach walcowanych na gorąco są istotne w przypadku stosowania cięcia laserowego. W pracy przedstawiono modelowanie naprężeń własnych w blachach walcowanych na gorąco oraz określono wpływ parametrów chłodzenia laminarnego na poziom naprężeń własnych. W celu walidacji modelu naprężeń własnych wykonano eksperyment w warunkach przemysłowych. Pomiar naprężeń własnych w blachach wykonano metodą dyfrakcji rentgenowskiej sin2Ψ. Symulację naprężeń własnych w trakcie walcowania oraz chłodzenia przeprowadzono na podstawie opracowanych modeli. Wykazano, że zakończenie przemiany fazowej podczas chłodzenia kręgu ma istotny wpływ na poziom naprężeń własnych w blachach.

EN

The problem of calculations and experimental validation of residual stresses in hot-rolled strips was considered in the paper. Residual stresses become of practical importance when the laser cutting of strips is applied. The paper was devoted to prediction of the residual stresses in hot-rolled strips. Experimental verification of a model of residual stresses was performed in industrial conditions. For measurement of residual stress in strips the X-ray diffraction method was used. The main goal of this work was to evaluate the effect of laminar cooling on the level of residual stresses. Simulation of residual stresses in rolling and cooling were performed on the basis of the developed model. It was shown that the end of phase transformations in the coil has a significant influence on the level of residual stress.

14

Komputerowa symulacja sekwencji procesu walcowania na gorąco oraz kontrolowanego chłodzenia szyn uwzględniająca własności termomechaniczne oraz rozwój mikrostruktury

Smyk G., Pernach M., Pietrzyk M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2016

|

Vol. 83, nr 6

270--274

PL

Artykuł zawiera wyniki symulacji numerycznych procesu walcowania na gorąco oraz kontrolowanego chłodzenia szyn, z uwzględnieniem rozwoju mikrostruktury. Do symulacji procesów wykorzystano metodę elementów skończonych (MES). Proces walcowania modelowano za pomocą komercyjnego programu Larstran. Pole temperatury w procesie kontrolowanego chłodzenia modelowano autorskim programem MES. Model rozwoju mikrostruktury podczas walcowania został zaimplementowany w programie Larstran, przy wykorzystaniu własnych procedur. Dane uzyskane z symulacji ostatniego przepustu, w tym wielkość ziarna, rozkład naprężeń, odkształceń oraz pola temperatury, stanowiły dane wejściowe do modelu przemian fazowych zachodzących podczas kontrolowanego chłodzenia szyn. Model przemian fazowych oparto na rozwiązaniu równania dyfuzji z ruchomą granicą. Uzyskane wyniki porównano z wynikami modelu bazującego na równaniu Avramiego. Na podstawie przedstawionych symulacji wyznaczono korelacje pomiędzy parametrami procesu walcowania i kontrolowanego chłodzenia oraz parametrami struktury gotowego wyrobu.

EN

The paper contains the results of the numerical simulation of hot rolling and controlled cooling of the rails with taking account a microstructure development during the sequence of processes. The finite element (FE) method was used in numerical simulations. The hot rolling process was simulated by the commercial FE software Larstran and the temperature field during controlled cooling process was calculated using authors FE software. Microstructure development model was implemented into Larstran software by user subroutines developed in the project. The results from the last pass of hot rolling of rails including the grain size, strain and stress distribution and temperature field were the input data to the phase-transformation model based on the solution of the carbon diffusion equation with moving boundary. Calculated gain size was compared with the results obtained by models based on the Avrami’ equation. Results of all simulations allow to point out the correlation between parameters of hot rolling, controlled cooling process and the microstructure of finite product.

15

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.

16

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.

17

Sensitivity analysis of phase transformation model based on solution of diffusion equation

Bzowski K., Bachniak D., Pernach M., Pietrzyk M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2016

|

Vol. 16, no. 2

186--192

EN

Presented work is focused on modelling of the phase transformation during laminar cooling after hot rolling of dual phase steel strips. Conventional FE model describing heat transfer was used in the macroscale. The model based on the solution of the diffusion equation with moving boundary was selected to predict properties of the steel based on phase transformations which occur in microscale. Preliminary observations indicated that results depend on various parameters of the model, such as: diffusion coefficient, boundary velocity factor and cooling rate. Therefore, sensitivity analysis of the model with respect to these parameters was performed in order to enhance the predictive capabilities of the model and to simplify further solution.

18

Perceptive comparison of mean and full field dynamic recrystallization models

Madej Ł., Sitko M., Pietrzyk M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2016

|

Vol. 16, no. 4

569--589

EN

Review of dynamic recrystallization models is the subject of the present work. Development of both mean field and full field approaches during last three decades is presented and discussed. Conventional mean field models based on closed form equations as well as differential equations are presented first. Then full field models are elaborated focusing on the cellular automata approach as an example. Capabilities as well as limitations and drawbacks of these approaches are highlighted based on the set of case studies. Experimental data for validation of models were obtained from uniaxial compression tests at Gleeble 3800 thermo-mechanical simulator.

19

Numerical modeling and experimental identification of residual stresses in hot-rolled strips

Milenin A., Kuziak R., Lech-Grega M., Chochorowski A., Witek S., Pietrzyk M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2016

|

Vol. 16, no. 1

125--134

EN

The problem of calculations and experimental validation of residual stresses in hot-rolled strips is considered in the paper. Residual stresses become of practical importance when the laser cutting of strips is applied. The goal of this paper is development and experimental validation of a model of residual stresses in hot-rolled strips based on the elastic–plastic material model. The models of elastic–plastic deformation during cooling of hot rolled strips during laminar cooling and in the coil were developed. Elastic–plastic properties of the material were determined experimentally using tests on GLEEBLE 3800. Industrial testing of residual stress in strips after cooling in coil was performed. For measurement of residual stress in strips the X-ray diffraction method was used.

20

Cellular automata model for prediction of crack initiation and propagation in hot forging tools

Rauch L., Chmura A., Gronostajski Z., Polak S., Pietrzyk M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2016

|

Vol. 16, no. 3

437--447

EN

The paper presents design and implementation of the cellular automata (CA) model, which predicts damage of forging tools due to fatigue. The transition rules for the model were developed on the basis of known information regarding crack initiation and propagation. The coefficients in the model were determined by the inverse analysis of the thermal fatigue tests performed on the Gleeble 3800 simulator and in the special device with a rotating disc. The CA model was coupled with the conventional abrasive wear model. The layers of cell in the CA space, which are in contact with the workpiece, were removed successively following the abrasive wear of the tool. The CA model was connected with the finite element (FE) programme, which simulates stresses in tools during forging. Since this multiscale approach appeared to be extremely demanding as far as computing times are considered, an efficient implementation of the model on heterogeneous hardware architectures was prepared. Results of simulations were compared with the industrial data and good predictive capabilities of the model were confirmed.