Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

A Novel FE/MC-based Mathematical Model of Mushy Steel Deformation with GPU Support

Hojny Marcin, Dębiński Tomasz

Archives of Metallurgy and Materials

|

2022

|

Vol. 67, iss. 2

735--742

EN

The paper presents the results of work leading to the construction of a spatial hybrid model based on finite element (FE) and Monte Carlo (MC) methods allowing the computer simulation of physical phenomena accompanying the steel sample testing at temperatures that are characteristic for soft-reduction process. The proposed solution includes local density variations at the level of mechanical solution (the incompressibility condition was replaced with the condition of mass conservation), and at the same time simulates the grain growth in a comprehensive resistance heating process combined with a local remelting followed by free/controlled cooling of the sample tested. Simulation of grain growth in the entire computing domain would not be possible without the support of GPU processors. There was a 59-fold increase in the computing speed on the GPU compared to single-threaded computing on the CPU. The study was complemented by examples of experimental and computer simulation results, showing the correctness of the adopted model assumptions.

2

A Multiscale Model of Heating-Remelting-Cooling in the Gleeble 3800 Thermo-Mechanical Simulator System

Hojny M., Głowacki M., Bała P., Bednarczyk W., Zalecki W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2019

|

Vol. 64, iss. 1

401--412

EN

The paper presents a multi-scale mathematical model dedicated to a comprehensive simulation of resistance heating combined with the melting and controlled cooling of steel samples. Experiments in order to verify the formulated numerical model were performed using a Gleeble 3800 thermo-mechanical simulator. The model for the macro scale was based upon the solution of Fourier-Kirchhoff equation as regards predicting the distribution of temperature fields within the volume of the sample. The macro scale solution is complemented by a functional model generating voluminal heat sources, resulting from the electric current flowing through the sample. The model for the micro-scale, concerning the grain growth simulation, is based upon the probabilistic Monte Carlo algorithm, and on the minimization of the system energy. The model takes into account the forming mushy zone, where grains degrade at the melting stage – it is a unique feature of the micro-solution. The solution domains are coupled by the interpolation of node temperatures of the finite element mesh (the macro model) onto the Monte Carlo cells (micro model). The paper is complemented with examples of resistance heating results and macro- and micro-structural tests, along with test computations concerning the estimation of the range of zones with diverse dynamics of grain growth.

3

Fizyczno-matematyczne modelowanie wysokotemperaturowych procesów przetwarzania stali w aspekcie wspomagania projektowania nowych technologii

Hojny M.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2018

|

T. 29, nr 4

345--356

PL

W artykule przedstawiono możliwości obliczeniowe autorskiego oprogramowania DEFFEM w zakresie symulacji nagrzewania/przetapiania oporowego wraz z przykładowymi wynikami walidującymi przyjęte założenia modelu numerycznego. Pakiet symulacyjny stanowi integralną część opracowanej metodyki i bazuje na metodzie elementów skończonych, hydrodynamiki cząstek rozmytych oraz metodzie Monte Carlo w zakresie pełnej symulacji 3D wybranych zjawisk wysokotemperaturowego przetwarzania stali. Opracowany model termiczny nagrzewania/przetapiania oporowego oparto na rozwiązaniu równania Fouriera-Kirchoffa. Warunki brzegowe w postaci strumieni cieplnych zostały przyjęte zgodnie z warunkami próby realizowanej w układzie symulatora termo-fizycznego Gleeble 3800. Zjawiska kontaktowe i wymiana ciepła z otoczeniem modelowana była z wykorzystaniem zastępczego współczynnika wymiany ciepła. Podczas numerycznej symulacji nagrzewania/przetapiania oporowego w układzie symulatora Gleeble 3800, ciepło towarzyszące przepływowi prądu zostało uwzględnione w równaniu F-K jako moc wewnętrznych źródeł ciepła. Modelując wytwarzanie ciepła w wyniku przepływu prądu, przyjęto, że jego ekwiwalentem w modelu numerycznym będzie objętościowe źródło ciepła o mocy proporcjonalnej do rezystancji, kwadratu natężenia przepływającego prądu oraz funkcji intensywności dobieranej na podstawie eksperymentów. Oprogramowanie DEFFEM może być wykorzystane m.in. do analizy i modelowania energooszczędnej, ulepszonej w stosunku konwencjonalnego procesu metalurgicznego (odlewania, a następnie walcowania na zimno pasma) z nową technologią walcownia pasma, w którym współistnieje faza stała i ciekła. Nowa technologia jest ekonomiczniejsza oraz korzystnie oddziałuje na środowisko naturalne, ze względu na zmniejszenie emisji gazów.

EN

The paper presents computing capabilities of the original software DEFFEM as regards simulating resistance heating/remelting, along with examples of results validating the adopted assumptions of the numerical model. The simulation package is an integral part of the developed methodology, and is based upon the finite element method, the smoothed particle hydrodynamics, and the Monte Carlo method for the full 3D simulation of the selected effects of high temperature steel processing. The formulated thermal model of resistance heating/remelting is based upon the solution of the Fourier-Kirchoff equation. The boundary conditions in the form of heat fluxes have been adopted in accordance with the conditions of a test performed within the conditions of the Gleeble 3800 thermophysical simulator system. Contact effects and heat transfer to the environment were modelled using a substitute heat transfer coefficient. During the numerical simulation of resistance heating/remelting within the Gleeble 3800 simulator system, the heat accompanying the electric current flow was included in the F-K equation as the power of internal heat sources. When modelling the heat generation resulting from the electricity flow, it was assumed that its equivalent in the numerical model would be a voluminal heat source with its power proportional to the resistance, the square of electric current intensity, and the intensity function selected on the basis of experiments. The DEFFEM software can be used, among others, for analysing and modelling a new energy-saving strand rolling process, in which the solid phase and the liquid phase coexist. This process is improved as compared to the conventional metallurgical process (casting followed by strand cold rolling). The new process is more cost effective and has an advantageous environmental impact, due to the reduction of gas emissions.

4

Hybrid model of liquid metal flow and solidification

Hojny M.

Technical Transactions

|

2017

|

Vol. 7(114)

127--135

EN

The article presents a hybrid model dedicated to simulations of liquid metal flow and its solidification. The developed solution is a key component of the developed integrated modelling concept, which combines the advantages of physical and computer simulations, while the concept itself is the foundation of a scientific workshop oriented at high-temperature processes (close to solidus lines). Examples of test simulation results are presented, indicating that the adopted model assumptions are correct.

PL

W artykule przedstawiono hybrydowy model dedykowany symulacjom przepływu ciekłego metalu i krzepnięcia. Opracowane rozwiązanie jest kluczowym elementem rozwijanej koncpecji zintegrowanego modelowania łączącego zalety symulacji fizycznej i komputerowej, zaś sama koncepcja stanowi fundament warsztatu naukowego zorientowanego na procesy wysokotemperaturowe (bliskich linii solidus). Przedstawiono przykładowe wyniki symulacji testowych, wskazujących na poprawność przyjętych założeń modelowych.

5

Koncepcja komputerowo wspomaganej metodyki przewidywania mikrostruktury stali odkształcanej w stanie półciekłym

Hojny M., Zalecki W.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2017

|

Vol. 84, nr 7

266--271

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych zrealizowanych pod kątem opracowania koncepcji komputerowo wspomaganej metodyki przewidywania zmian mikrostrukturalnych w stalach odkształcanych w zakresach temperatur bliskich linii solidus, czy też przetapianych w zakresie współistnienia fazy ciekłej i stałej, a następnie chłodzonych do temperatury otoczenia. Przedstawione wyniki badań eksperymentalnych jak i numerycznych wskazują na występowanie w objętości próbki zróżnicowanych szybkości chłodzenia. Wynika to między innymi z faktu stosowania uchwytów miedzianych, które ściśle determinują możliwe do uzyskania szybkości chłodzenia w układzie symulatora Gleeble 3800. Drugim istotnym czynnikiem jest stosowany oporowy system nagrzewania próbek, który ze względu na swoją specyfikę generuje nierównomierne pole temperatury na przekroju wzdłużnym i poprzecznym próbki. Powyższe czynniki powodują tworzenie się bardzo niejednorodnej i zróżnicowanej pod względem składu fazowego mikrostruktury w objętości próbki. W ramach prac wykorzystano dedykowane oprogramowanie DEFFEM do oszacowania rozkładu temperatury oraz określenia lokalnych szybkości chłodzenia w objętości próbki. Połączenie badań symulacyjnych z proponowaną metodyką pozwoli na numeryczne przewidywanie mikrostruktury w analizowanym materiale.

EN

The paper presents the results of experimental tests carried out for the development of concept of computer-aided methodology for predicting microstructural changes in steel deformed in temperature ranges close to solidus lines or treated within the range of coexistence of the liquid and solid phase, and then cooled to ambient temperature. The results of both experimental and numerical studies show the presence of varied cooling velocities in the sample volume. This is due, among other things, to the use of copper grips that strictly determine the possible cooling velocity in the Gleeble 3800 simulator system. The second important factor is the use of a resistance heating system for samples which, due to its specificity, generates uneven temperature fields on the longitudinal and transverse cross sections of the sample. The above factors cause the formation of a very heterogeneous and varied microstructure in the sample volume. DEFFEM dedicated software was used to estimate the temperature distribution and to determine the local cooling velocity in the sample volume. Combination of simulation studies with the proposed methodology will allow numerical prediction of the microstructure in the analyzed material.

6

Development of the modeling strategy for the steel deformation in semi-solid state tomographic studies

Hojny M., Tarasiuk J., Wroński S.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2015

|

Y. 112, iss. 2-M

101--109

EN

The condition of steel deformation in a semi-solid state should be as isothermal as possible due to the very high sensitivity of material rheology to even small variations of temperature. The basic reason for uneven temperature distribution (melting zone) inside the sample body on the Gleeble thermo-mechanical simulator is the contact with cold/warm copper handles. The semi-solid conditions in central parts of the sample cause even greater temperature gradient due to latent transformation heat. Such non-uniform temperature distribution is the source of significant differences in the microstructure and, hence, in material rheological properties. In the paper example results of tomographic studies were presented for both experimental variants (with warm and cold handles).

PL

Proces odkształcania stali w stanie półciekłym powinien być realizowany w warunkach izotermicznych, w związku z dużą czułością własności mechanicznych na niewielkie zmiany temperatury. Głównym powodem nierównomiernego rozkładu temperatury (kształtu strefy przetopienia) w objętości próbki jest wpływ użytych podczas eksperymentów uchwytów miedzianych, tzw. ciepłych i zimnych. Kolejnym ważnym czynnikiem wpływającym na kształt strefy przetopienia jest generowane ciepło krzepnięcia wpływające także bezpośrednio na kształt strefy przetopienia i właściwości mikrostrukturalne i reologiczne. W prezentowanej pracy przedstawiono przykładowe wyniki analiz tomograficznych dla dwóch próbek, z których każda była przetapiana w innej konfiguracji narzędzi (uchwyty zimne i ciepłe).

7

Podstawy fizykalne reologii oraz modelu zmian naprężenia uplastyczniającego odkształcania stali w stanie półciekłym

Hojny M., Głowacki M., Woźniak D.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2013

|

Vol. 80, nr 9

653--660

PL

W pracy zaprezentowano wyniki prac eksperymentalnych zmierzających do opracowania podstaw fizykalnych modelu reologicznego oraz modelu naprężenia uplastyczniającego odkształcania stali w warunkach istnienia resztek fazy ciekłej. Badania eksperymentalne zostały przeprowadzone przy użyciu symulatora termomechanicznego Gleeble®3800 w Instytucie Metalurgii Żelaza w Gliwicach. Istotą prac eksperymentalnych było odtworzenie przebiegu zmian temperatury i odkształceń, jakim podlega materiał poddany równocześnie odkształceniu i krzepnięciu.

EN

The paper deals with experimental work aimed at development of physical basis of rheological and flow stress model deformation of the steel in semi solid state. The experimental work was done using Gleeble®3800 simulator in the Institute for Ferrous Metallurgy in Gliwice, Poland. The essential aim of the experiments was the reconstruction of both temperature changes and strain evolution for specimen subject to deformation and solidification.

8

Basics of the new multiscale methodology 3D of mechanical properties prediction at extra-high temperatures

Hojny M.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2013

|

R. 110, z. 1-M

167--174

EN

The paper presents example results leading to develop multiscale 3D methodology of mechanical properties prediction for steel deformed in the temperature range close to solidus line. Conducted experiments and simulations confirms the need to seek new methods to obtain precise characteristics in the context of detailed computer simulations.

PL

W artykule przedstawiono wyniki prac zmierzających do opracowania wieloskalowej metodologii 3D wyznaczania własności mechanicznych stali odkształcanej w zakresach temperatur bliskich linii solidus. Przeprowadzone badania eksperymentalne i symulacyjne potwierdzają konieczność poszukiwania nowych metod w celu otrzymania precyzyjniejszych charakterystyk materiałowych w kontekście dokładniejszych symulacji komputerowych.

9

Badania plastyczności stali odkształcanej w wysokich temperaturach

Hojny M., Głowacki M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2012

|

Vol. 79, nr 4

275--282

PL

Głównym celem pracy było wykonanie serii prób eksperymentalnych zmierzających do weryfikacji zmodyfikowanej metodologii wyznaczania krzywych odkształcenie − naprężenie dla stali odkształcanej w wysokich temperaturach oraz w zakresie współistnienia fazy ciekłej i stałej. W pracy poddano także dyskusji występujące problemy podczas modelowania procesów wysokotemperaturowych (nagrzewanie/ odkształcanie) oraz zaprezentowano przykładowe wyniki symulacji komputerowych i przykładowe krzywe odkształcenie − naprężenie.

EN

The main objective of this study was a series of experimental tests aimed to verify the revised methodology of stress-strain curve determination for steels deformed in high temperature range on the coexistence of liquid and solid phases. The paper has also discussed the problems that occur during high-temperature deformation process modeling and presents example results of computer simulations and sample strain - stress curves.