Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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.

2

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.

3

Thermal-mechanical-microstructural model of rolling and cooling of rails

Smyk G., Pernach M., Ambroziński M.

Computer Methods in Materials Science

|

2015

|

Vol. 15, No.3

416--426

EN

The paper describes complex thermal-mechanical-microstructural model of rolling and cooling of rails. The equations describing microstructure evolution and phase transformations in rail steels were implemented in the Finite Element code, which simulates thermal and mechanical phenomena. Numerical tests of the model were performed. Simulations covered last three passes of the rolling process followed by controlled cooling of the rail head. The results included changes of the temperature during the whole manufacturing cycle, as well as changes of the austenite grain size during rolling and kinetics of the phase transformations during cooling. Numerical tests confirmed good predictive capabilities of the model.

PL

W artykule opisano cieplno-mechaniczno-mikrostrukmralny model walcowania i kontrolowanego chłodzenia szyn. Modele opisujące rozwój mikrostruktury i przemiany fazowe w stalach szynowych zostały zaimplementowane w programie z metody elementów skończonych, który symuluje zjawiska cieplne i mechaniczne. Przeprowadzone zostały numeryczne testy opracowanego programu. Symulacje objęły ostatnie trzy przepusty w procesie walcowania oraz proces kontrolowanego chłodzenia główki szyny po walcowaniu. W pracy przedstawiono wyniki w postaci rozkładów odkształceń i naprężeń oraz zmian temperatury w procesie walcowania, a także zmian wielkości ziarna austenitu w poszczególnych przepustach i kinetyki przemian fazowych w czasie chłodzenia. Numeryczne testy potwierdziły duże możliwości obliczeniowe modelu.

4

Application of the control theory to modelling austenite-ferrite phase transformation in steels

Milenin I., Pernach M., Pietrzyk M.

Computer Methods in Materials Science

|

2015

|

Vol. 15, No.2

327--335

EN

Problem of the phase transformation kinetics is investigated in the paper. Experimental observations and results of modelling showed that, when temperature changes are imposed, then the response of the material represented by the kinetics of changes of volume fraction of the new phase, is similar to the response of the second order inertia term in electrical systems. Therefore, possibility of application of the control theory to simulations of austenite-ferrite phase transformation in steels was the main objective of the paper. Equilibrium state was determined as a function of the temperature using ThermoCalc software. Description of the kinetics of phase transformation in transient states by the second order differential equation was proposed. Time constants in this equation were introduced as functions of the temperature. Identification of the model parameters was performed using inverse analysis of the results of dilatometric tests. Model based on the control theory was applied to describe changes of the new phase volume fraction as response to the changes of the temperature. Performed numerical tests confirmed good predictive capabilities of the model.

PL

Tematem artykułu jest modelowanie kinetyki przemian fazowych. Z obserwacji doświadczalnych wynika, że charakter odpowiedzi materiału na zmiany temperatury w zakresie przemian fazowych jest podobny do odpowiedzi elektrycznego elementu inercyjnego 2-go rzędu. Dlatego za cel niniejszej pracy postawiono sobie zastosowanie metod teorii sterowania do modelowania przemiany austenit-ferryt w stalach. Stan równowagi przedstawiono w funkcji temperatury wykorzystując program ThermoCalc. Zaproponowano opis kinetyki przemiany fazowej różniczkowym równaniem 2-go rzędu ze stałymi czasowymi zależnymi od temperatury. Identyfikację współczynników w modelu przeprowadzono stosując rozwiązanie odwrotne dla prób dylatometrycznych. Opracowany model zastosowano do wyznaczenia odpowiedzi materiału, czyli zmian ułamka objętości ferrytu, na zmiany temperatury. Przeprowadzone testy numeryczne dla czterech stali potwierdziły prawidłowość działania modelu.

5

Application of the diffusion equation to modeling phase transformation during cooling of pearlitic steel

Pernach M.

Computer Methods in Materials Science

|

2014

|

Vol. 14, No. 4

228--235

EN

Exploitation properties of rails are formed by controlled heat treatment of the head of the rail carried out after rolling. Complex cooling schedules have to be applied to obtain required microstructure and properties of rail steels. Design of these cooling schedules should be supported by numerical simulation. This, however, requires advanced phase transformation models which are able to predict not only average parameters of the microstructure but also morphology of the pearlite and carbon distribution in this structural component. Therefore, numerical model of pearlitic transformation is proposed in this work. The model was based on the solution of the carbon diffusion equation. The boundary conditions were determined assuming local thermodynamic equilibrium. Location of the interface in each time step was predicted from the condition of mass conservation. The created model allowed determining of the interlamellar spacing and carbon distribution in austenite for different cooling cycles. The results of analysis can be used to predict the strength and hardness of the steel.

PL

Własności wytrzymałościowe szyn kształtowane są na drodze kontrolowanego procesu obróbki cieplnej główki szyny prowadzonej po procesie walcowania. Aby uzyskać wymaganą mikrostrukturę i własności stali należy zastosować złożone cykle cieplne. Zaprojektowanie tych cykli powinno być wspierane numerycznym modelowaniem, co wymaga zastosowania zaawansowanych modeli przemian fazowych. Modele takie powinny przewidywać nie tylko średnie parametry mikrostruktury, ale także morfologię perlitu i rozkład stężenia węgla. W pracy przedstawiono model przemiany perlitycznej zachodzącej podczas kontrolowanego chłodzenia. Model ten oparto na rozwiązaniu równania dyfuzji z ruchomą granicą międzyfazową. Warunki brzegowe modelu wyznaczono na podstawie lokalnej równowagi termodynamicznej. Model pozwolił na określenie wielkości płytek cementytu i ferrytu, oraz rozkładu stężenia węgla w austenicie dla różnych cykli chłodzenia. Otrzymane wyniki mogą posłużyć do określenia twardości i wytrzymałości stali.

6

Problem doboru najlepszego modelu dla symulacji cyklu wytwarzania blachy ze stali DP

Pernach M., Kuziak R., Pietrzyk M.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2013

|

R. 58, nr 11

714--719

PL

W artykule dokonano klasyfikacji modeli przemian fazowych w aspekcie ich możliwości obliczeniowych i czasów obliczeń. Dla potrzeb optymalizacji cyklu produkcji wybrano prosty model opisujący kinetykę przemian fazowych i oceniono możliwości tego modelu w zakresie przewidywania parametrów charakteryzujących własności wyrobów. Wykazano, że model ten w sposób pośredni pozwala przewidywać skład chemiczny i własności martenzytu.

EN

Classification of phase transformation models with respect to computing times and predictive capabilities is presented. For optimization of manufacturing cycle simple model, which describes kinetics of phase transformations, was selected. Capabilities of this model regarding prediction of properties of products were evaluated. It was shown that this model allows for indirect calculation of chemical composition and properties of martensite.

7

Numerical simulation of crashbox deformation

Ambroziński M., Pernach M.

Mechanik

|

2013

|

R. 86, nr 10

894, 896--898

PL

Zadaniem elementów konstrukcyjnych znajdujących się w strefie kontrolowanego zgniotu jest absorpcja jak największej ilości energii uderzenia. Przedstawiono wyniki symulacji numerycznej procesu odkształcania elementów crashbox wykonanych ze stali DP oraz TRIP. Na ich podstawie określono własności funkcjonalne elementu. Opracowany model pozwala usprawnić proces projektowania crashboxa, a także wyeliminować konieczność przeprowadzania kosztownych testów zderzeniowych.

EN

Structural elements of the car body in the controlled crash zone are expected to absorb as much impact energy as possible. Presented are the results of numerical simulation of deformation of the crash box components made from DP and TRIP steel grades. Basing on these data product serviceability was estimated. These results might serve as a reference model in the crashbox design work and a good reason for exclusion of costly experiments.

8

Application of numerical solution of the diffusion equation to modelling phase transformation during heating of DP steels in the continuous annealing process

Pernach M., Bzowski K., Pietrzyk M.

Computer Methods in Materials Science

|

2012

|

Vol. 12, No. 3

183--196

EN

Physical basis for modelling of phase transformation during heating of DP steels is given in the paper. Basic models are discussed briefly. The model based on the solution of the diffusion equation with moving boundary was selected as an alternative with extensive predictive capabilities, which include determination of the carbon segregation in the austenite. The diffusion equation was solved using finite difference method for 1D domain and finite element method for 2D domain. Model was validated qualitatively by comparison the results with the dilatometric tests data and good agreement was obtained.

PL

W artykule przedstawiono fizyczne podstawy modelowania przemiany fazowej przy nagrzewaniu stali DP w procesie ciągłego wyżarzania. Omówiono najważniejsze modele stosowane dla tej przemiany. Model wykorzystujący rozwiązanie równania dyfuzji z ruchomym brzegiem wybrano jako alternatywę dającą szerokie możliwości przewidywania parametrów przemiany fazowej, obejmujące wyznaczanie segregacji węgla w austenicie. Rozwiązanie równania dyfuzji przeprowadzono metodą różnic skończonych w obszarze ID i elementów skończonych w obszarze 2D. Model został zweryfikowany przez jakościowe porównanie wyników obliczeń kinetyki przemiany z danymi dylatometrycznymi i uzyskano dobrą zgodność.

9

Zastosowanie metodyki statystycznie podobnych reprezentatywnych elementów objętości do opisu mikrostruktury stali DP

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

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2011

|

R. 56, nr 11

704-709

PL

Wieloskalowe metody symulacji umożliwiają wierne odzwierciedlenie zachowania materiału oraz wyznaczenia własności materiałowych w skali mikro lub nano, ale wymagają bardzo czasochłonnych obliczeń numerycznych. W pracy zaproponowano rozwiązanie tego problemu przy pomocy statystycznie podobnych reprezentatywnych elementów objętości (SSRVE), które stosowane w skali mikro pozwalają na znaczne obniżenie kosztu obliczeniowego. Przedstawiono metodykę tworzenia SSRVE na przykładzie obrazów mikrostruktur stali DP poddanych procesowi segmentacji. Otrzymane reprezentatywne elementy zweryfikowano pod względem poprawności wyników symulacji numerycznych odkształcenia materiału.

EN

Multiscale simulations enable realistic reproduction of material behaviour and determination of properties in micro or nano scales, but they require long computing times. The solution of this problem based on application of the statistically representative volume elements (SSRVE) is proposed. Significant decrease of the computing time can be obtained. The methodology of creation of the SSRVE is presented using DP steel microstructure as an example. Obtained SSRVE is validated regarding correctness of simulation of material deformation.

10

Modelowanie mikrostruktury i własności stali DP po walcowaniu na gorąco i chłodzeniu laminarnym

Pernach M., Pietrzyk M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2011

|

Vol. 78, nr 8

657--662

PL

Praca przedstawia model numeryczny przemian fazowych w stali DP zachodzących podczas walcowania na gorąco i chłodzenia laminarnego. Model oparty na rozwiązaniu MES równania dyfuzji z ruchomą powierzchnią międzyfazową pozwolił na wyznaczenie ułamka objętości faz, wielkości ziarna i rozkładu koncentracji węgla w austenicie w zmiennych warunkach temperaturowych. Wyniki symulacji numerycznych posłużyły do opracowania zależności pomiędzy mikrostrukturą i własnościami mechanicznymi stali DP.

EN

Numerical model of phase transformation occurring during hot rolling and laminar cooling in DP steel is presented in this paper. The model, which is based on FEM solution of a diffusion equation with a moving boundary, allows to determine ferrite and martensite volume fraction, grain size, carbon segregation before the front of transformation in fluctuating temperature conditions. Results of numerical simulations were used for development of the relationship between microstructure and mechanical properties of DP steel.

11

On application of shape coefficients to creation of the statistically similar representative element of DP steels

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

Computer Methods in Materials Science

|

2011

|

Vol. 11, No. 4

531-541

EN

The coupled fmite element multiscale simulations (FE2) require costly numerical procedures in both macro and micro scales. Exertions, leading to improvement of numerical efficiency, are focused mainly on two areas of development i.e. parallelization of numerical procedures or simplification of virtual material representation. One of the representatives of the latter area is the idea of Statistically Similar Representative Volume Element (SSRVE). It aims at the reduction of the number of fmite elements in micro scalę by transformation of sophisticated images of material microstructure into artificially created simple objects being characterized by similar features as their original equivalents. This paper is devoted to analysis of shape coefficients and possibilities of their application in the creation of SSRVE for DP steels. The results from sensitivity analysis of particular coefficients, obtained for different microstructure images, are presented in the paper, as well as examples of SSRVE.

PL

Symulacje wieloskalowe FE wymagają złożonych obliczeniowo procedur zarówno w skali makro jak i mikro. Wysiłki, zmierzające do poprawy efektywności programów realizujących takie obliczenia, skupiają się głównie na zrównolegleniu implementacji algorytmów numerycznych lub uproszczeniu budowy elementu reprezentatywnego. Jednym z podejść realizujących takie uproszczenie jest metoda statystycznie podobnego reprezentatywnego elementu objętości (SSRVE). Głównym celem metody jest poprawa efektywności obliczeń poprzez redukcję liczby elementów skończonych wykorzystywanych w skali mikro do dyskretyzacji przestrzeni obliczeniowej. Cel osiągany jest poprzez transformację obrazu rzeczywistej złożonej mikrostruktury materiału na uproszczoną sztucznie wygenerowaną mikrostrukturę, charakteryzującą się zbliżonymi własnościami jak jej oryginalny odpowiednik. Niniejszy artykuł dedykowany jest analizie procesu tworzenia SSRVE dla stali DP pod kątem wykorzystania współczynników kształtu do opisu własności wysp martenzytu, a następnie ich odwzorowania w SSRVE. Wykonana w tym celu analiza wrażliwości została opisana wraz z własnościami charakteryzującymi wykorzystane współczynniki. Wyniki samej analizy wrażliwości wraz z przykładowym SSRVE zostały przedstawione w niniejszej pracy.

12

Numerical solution of the three point bending of glass in application to the inverse analysis of this test

Pernach M., Środa M., Kustra P.

Computer Methods in Materials Science

|

2011

|

Vol. 11, No. 1

95-100

EN

Numerical model of glass deformation is presented in this paper. The model is based on the solution of the Maxwell approach and, beyond the flow of the glass, it also describes the stress relaxation behavior at elevated temperatures. This model is applied to the three point bending test. 2D and 3D solutions are performed using Abaqus finite element software. The general objective of the paper is application of the developed model to identification of the material parameters. Three point bending experiments were performed at various temperatures and inverse problem was formulated. The relaxation functions, shear modulus and bulk modulus were identified by Prony series. The properties of viscoelastic material determined at one particular temperature is transposed to another temperature using Williams-Landell-Ferry equation. Comparison of the 2D and 3D simulations is the particular objective of the work. Inverse calculations involve increase of the computing costs, which are particularly high in the case of the 3D solution of the direct problem. Therefore, The error connected with application of the 2D model is evaluated in the paper and recommendations regarding accuracy of the inverse analysis based on the 2D direct problem model are given.

PL

W pracy przedstawiono numeryczny model odkształcania szkła. Model oparto na rozwiązaniu Maxwella, który pozwala opisać zjawisko relaksacji naprężeń w podwyższonych temperaturach. Model trój punktowego zginania szkła w układzie 2D i 3D zaimplementowano w programie Abaqus. Podstawowym celem pracy było stworzenie modelu, który pozwalałaby na identyfikację parametrów materiałowych szkła opisujących lepkościowe płynięcie szkła w trakcie jego od-kształcania. Badania doświadczalne zginania szkła przeprowadzono dla zmiennych warunków temperaturowych. Funkcje relaksacji, moduł ścinania i ściśliwości określono za pomocą szeregów Prony'ego. Właściwości lepkosprężyste materiału wyznaczone w jednej temperaturze transponowano za pomocą równania Williama-Landella-Ferryego do innych temperatur. W pracy porównano wyniki symulacji w układzie 2D i 3D.

13

Wpływ siatek przetopu laserowego na własności mechaniczne blach w próbie rozciągania

Suliga I., Tutak T., Pernach M., Osuch W.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 6

591-594

PL

Praca jest kontynuacją badań nad własnościami mechanicznymi blach z powierzchniową siatką przetopu laserowego. Obróbka laserowa miała stworzyć materiał pochłaniający energię oddziaływania zewnętrznego. W prezentowanej pracy odporność blachy ze ścieżkami przetopu laserowego na oddziaływanie sił zewnętrznych badano w próbie rozciągania. Eksperyment pozwolił na precyzyjne określenie poziomu wydatku energetycznego na zerwanie próbek charakteryzujących się różną głębokością przetopu i różnym wzorem geometrycznym przebiegu ścieżek. Stwierdzono korelację między wydatkiem energetycznym w próbie rozciągania a siłą zerwania z testów w próbie tłoczności.

EN

Further research on mechanical properties of steel sheets with surface net created by laser melting is a subject of this work. The assumption that material which can absorb the external influence energy is created by laser melting was made. Behavior of the steel sheets with the laser melting paths was investigated during a tensile test. This experiment was used to determine the level of energy expenditure to break of the samples, which characterized by different laser penetration depths and different geometric patterns of paths. Correlation between the energy expenditure in tensile test and breaking force in drivability test was observed.

14

Rola założonego kształtu ziaren w symulacji przemiany ferrytycznej

Pernach M., Pietrzyk M.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2007

|

R. 52, nr 11

866-871

PL

Celem pracy jest określenie wpływu założonego kształtu ziaren ferrytu i austenitu na wyniki symulacji: kinetyki przemiany, ułamka objętości ferrytu, wielkości ziarna ferrytu oraz segregacji węgla przed frontem przemiany. Analizowano model1D (wzrost liniowy), model 2D (koło w kole, sześciokąt foremny w sześciokącie foremnym) oraz 3D (kula w kuli). Modele te oparto na rozwiązaniu II prawa Ficka dla przypadku ruchomej granicy międzyfazowej. Do rozwiązania równania dyfuzji wykorzystano metodę różnic skończonych oraz metodę elementów skończonych. W pracy dokonano porównania wyników symulacji numerycznych z wynikami badań doświadczalnych.

EN

Determination of the influence of ferrite and austenite grain shape on the kinetics of phase transformation, ferrite volume fraction, ferrite grain size and carbon segregation before the front of transformation is the aim of this work. Numerical model in 1D (linear growth), in 2D (the circle in the circle, the regular hexagon in the regular hexagon) and in 3D (the sphere in the sphere) were developed and are presented in the paper. These models are based on the solution of the second Fick law for the case of the moving boundary. The finite difference and finite elements method are used to solve the equation of diffusion. Comparison of the computational results with the experimental data are shown and discussed in this paper.