Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Application of the microstructure developement model to the multiscale FEM simulation of metal forming processes

Żmudzki A., Nowak J.

Computer Methods in Materials Science

|

2007

|

Vol. 7, No. 1

83-87

EN

Models of recrystallization and grain growth mechanisms in hot forming processes are rarely implemented in commercial finite elements codes. However, most of the software used for metal forming processes simulations gives ability to implement additional modules for specific phenomena calculation. In this paper, an algorithm for recrystallization in hot forming processes and its application in commercial finite element code FORGE2 are presented. Most of commonly used models calculate the microstructure evolution after the deformation. During deformation only the reduction of flow stress described by analytical equaitions is included. In this study the model describing phenomena of dynamic recrystallization during metal forming processes and its direct influence on the flow stress, and grain growth evolution after the static recrystallization, are taken into consideration. The analysis is based on computation of recrystallized fraction and the kinetics of austenite grain growth in micro scale (locally in each integration point of finite elements for specific temperature, strain and strain rate values), and the relation to flow of the material in the macro scale. The influence of holding time on grain size distributions at the end of the process is also shown. Results of FEM calculations combined with microstructural model of hot compression and rolling process has been presented and compared with numerical and experimental results for C-Mn steels, showing good agreement between experiment and numerical prediction.

PL

Modele mechanizmów rekrystalizacji i rozrostu ziarna podczas odkształcenia metali na gorąco są dość rzadko implementowane w oprogramowaniu opartym o Metodę Elementów Skończonych (MES). Jednakże większość z komercyjnego oprogramowania oferuje możliwość dołączania dodatkowych modułów obliczeniowych do modelowania specyficznych zjawisk zachodzących w odkształcanym materiale. W artykule przedstawiono algorytm modelowania zjawiska rekrystalizacji w materiale odkształcanym na gorąco, oraz jego implementację w komercyjnym programie FORGE2 opartym o MES. W większości z powszechnie używanych modeli ewolucja mikrostruktury obliczana jest na podstawie końcowego stanu materiału, po odkształceniu. Natomiast wpływ odbudowy mikrostruktury podczas odkształcenia reprezentowany jest poprzez równania naprężenia uplastyczniającego zawierające człon opisujący mięknięcie materiału. W niniejszym opracowaniu pod uwagę wzięto model opisujący zjawisko rekrystalizacji dynamicznej podczas odkształcenia metalu i jego bezpośredni wpływ na wartość naprężenia uplastyczniającego. Analiza zjawiska oparta jest o obliczenia w skali mikro ułamka objętości zrekrystalizowanej oraz kinetyki zmian wielkości ziarna austenitu, oraz wpływ tych zjawisk na płynięcie metalu w skali makro. Przedstawione zostały wyniki obliczeń MES połączonych z modelem mikrostrukturalnym, procesu spęczania oraz walcowania na gorąco stali węglowomanganowych, oraz porównanie modelu z danymi eksperymentalnymi.

2

Ocena bilansu energetycznego procesu wyciskania z wymuszoną zmianą drogi odkształcenia

Żmudzki A., Wajda W., Paul H., Pietrzyk M.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2006

|

R. 51, nr 5

260-266

PL

Przeanalizowano proces wyciskania aluminium i jego stopów z wykorzystaniem dodatkowych oscylacji narzędzia wprowadzających zmienną drogę odkształcenia (KOBO). Porównano proces pod kątem zwiększonego wydatku energetycznego, z metodami konwencjonalnymi. W artykule przedstawiono wyniki komputerowych symulacji (MES) procesu wyciskania typu KOBO. Do symulacji wykorzystano program FORGE 3. Przeanalizowano bilans energetyczny procesu dla różnych konfiguracji narzędzi oraz modeli materiałów. Dodatkowo poruszony został problem żywotności narzędzi pracujących pod dużym obciążeniem w kierunku obwodowym.

EN

The aluminium and its alloys extrusion process with additional die oscilation introducing strain path change induced by deformation (KOBO) was analyzed. The KOBO process was compared with conventional one, from the point of view of enlarged energy outlay. Results of FEM computations of extrusion using FORGE 3 code, are presented in the paper. The energy balance was analysed for different dies configurations and material models. Additionally, the die wear problem, in case of working in hard conditions, was raised.

3

Wykorzystanie metod symulacji w procesach kuźniczych

Żmudzki A., Skubisz P., Sińczak J., Pietrzyk M.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2006

|

T. 17, nr 3

9-19

PL

W artykule przedstawiono aspekty modelowania przemysłowych procesów kucia precyzyjnego. Pokazane zostało nowoczesne podejście do projektowania procesów, zawierające sposoby dobierania kształtu wsadu i narzędzi w celu eliminacji niepożądanych efektów takich jak wypływka czy nadmierne zużycie matryc do kucia. Jako przykłady procesów kucia precyzyjnego, wybrano kształtowanie stożkowego koła zębatego, oraz śruby z sześciokątnym łbem. Przedstawiono kompleksowe wyniki symulacji numerycznych wymienionych procesów, uzyskane za pomocą komercyjnych pakietów opartych o metodę elementów skończonych: FORGE3 oraz QForm2D/3D, analiza których może posłużyć technologom do projektowania procesów charakteryzujących się wysoką jakością produktów i niskimi kosztami wytwarzania.

EN

Aspects of modeling of industrial precision forging processes has been presented. A modern approach to process design contains several ways of ingot and tools shape selection for undesired effects elimination, such as flash or die wear. The conical gear wheel and hexagon-head bolt forming were chosen as the examples of precision forging analysis. The complex results of numerical simulations, obtained from commercial software packages, based on finite elements method: FORGE3 and Qform2D/3D, have been presented. Analysis of these results may be used for high quality products and low costs processes design for engineers and technologists.

4

Numerical simulation of elasto - plastic deformation of thin hard coating systems in nano - impact test

Kopernik M., Pietrzyk M., Żmudzki A.

Computer Methods in Materials Science

|

2006

|

Vol. 6, No. 3-4

150-160

EN

Thin films and coatings are deformed at lower loads than predicted by static tests. The nano-impact technique is a low load impact test capable of revealing marked differences in performance that can be used to optimize the design of coating systems for improved durability. Instead of simply "characterizing" coatings and thin films, their actual tribological performance under "in-service" conditions can now be assessed. Due to very small scale of the experiment and several disturbances, direct interpretation of the results of these tests is difficult. Numerical modelling can simulate the thin films behaviour in the experiment and reveal the real state of strains and stresses. Finite element simulation of the nano-impact test is the main objective of the present work. Simulations were using Forge 2 code adapted to the thin layer conditions. Problems with adaptation and scaling are described in the paper. Developed model will be further combined with the optimization techniques and used in the inverse analysis of the nano-impact tests.

PL

Celem pracy jest rozwój modelu na bazie metody elementów skończonych (MES) do symulacji testów udarności układów twardych nanopowłok. Wymienione testy są wykonywane, aby określić odporność materiału na pękanie. Do przedstawionego w pracy modelu MES nie wprowadzono kryteriów pękania. Pokazano jedynie jak zachowuje się materiał pod wpływem obciążenia udarowego. Trudności prowadzenia symulacji wynikają z małej grubości powłok, konieczności wykonania aktualizacji siatki elementów (remeshingu), wielomateriałowego i wieloetapowego charakteru modelu MES, który musi połączyć różne rodzaje rozwiązań numerycznych jednocześnie. Symulacje wykonano za pomocy kodu FORGE 2, który przystosowano do warunków i wymagań istniejących w układach powłok i w modelowanym matematycznie doświadczeniu. W publikacji zamieszczono wyniki symulacji dla testów udarności opracowanych dla dwóch układów nanopowłok. Wykazano, że stworzony model potrafi przewidywać rozkłady intensywności naprężeń i odkształceń oraz można do niego wprowadzić kryteria pękania, które korzystają z obliczanych w modelu wartości naprężeń i odkształceń.

5

Kontrola jakości produktów głębokiego tłoczenia blach za pomocą symulacji komputerowych

Żmudzki A., Śledzińska A., Pietrzyk M., Plewiński A., Drenger T.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2005

|

T. 16, nr 2

50-62

PL

: Już w fazie projektowania procesów głębokiego tłoczenia blach dąży się do eliminacji lub przynajmniej minimalizacji przewidywanych niedokładności kształtu i wymiarów produktu, spowodowanych wieloma różnymi warunkami samego procesu jak i własnościami odkształcanego materiału. Wyróżnić można wiele czynników opisujących końcową jakość produktu (zjawisko nawrotu sprężystego, utrata spójności materiału, czy fałdowanie powierzchni. W artykule przedstawiono szeregu wad wytłoczek, które mogą być opisane poprzez odpowiednie wskaźniki ilościowe i jakościowe. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod laboratoryjnych wykorzystywanych do poprawy jakości wytłoczek popularnym narzędziem i mniej kosztownym narzędziem stają się symulacje numeryczne połączone z automatycznymi metodami optymalizacji. W pracy przedstawiono dwa pakiety oparte o Metodę Elementów Skończonych (MES): ABAQUS/Explicit i Eta/Dynaform 5.2, oraz dokonano porównania wyników symulacji przykładowego procesu tłoczenia prostokątnej puszki stalowej, uzyskanych z tych programów. Przedstawiono również analizę wyników symulacji numerycznych pod kątem oceny jakości wytłoczki poprzez zdefiniowanie odpowiednich wskaźników oraz możliwości zastosowania procedur automatycznej optymalizacji w celu jej poprawy. Dokonano oceny dokładności obliczeń w porównaniu z wynikami eksperymentalnymi. Ponadto przedstawiono wrażliwość zjawiska odsprężynowania powrotnego na zastosowanie dodatkowych sił oporowych działających na kołnierz wytłoczki podczas procesu, oraz zastosowanie metody odwrotnej do wyznaczenia wartości tych sił w celu zminimalizowania wielkości nawrotu sprężystego.

EN

There are many important factors (springback, thinning/thickening, wrinkling) which determine the quality of deep drawing processes products. Inaccuracies of shape and dimensions of products, which are caused by various process conditions, should be minimized or even eliminated. However, it is a difficult task, which can be solved by different methods. The proper drawing dies design, which is the most important part of the process design, is preceded by series of physical or numerical tests. Thus, accurate numerical models for such parameters as friction, stress and strain state in the material, strain hardening, etc. are needed. Development of models is based on plastometric tests and the inverse anlalysis for their interpretation. Dedicated finite element software equipped with quality factors evaluation and control is used for simulations of drawing processes. In this work, two FEM based programs, ABAQUS/Explicit and the Eta/Dynaform 5.2, are presented and compared using deep drawing of the 3D part as an example. The analysis of results of numerical simulation is presented in the paper. The accuracy of calculations and specific quality factors are evaluated. Beyond this, the sensitivity of springback to changes of forces causing flow resistance of the sheet, as well as application of the inverse method to evaluate these forces for minimal values of springback deformation, is presented.

6

Komputerowe modelowanie procesów przetwórstwa metali - analiza wieloskalowa

Pietrzyk M., Madej Ł., Żmudzki A.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2005

|

Vol. 72, nr 4

238-246

PL

W pierwszej części artykułu przedstawiono wybrane przykłady symulacji przeprowadzonych z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Przykłady dotyczą przewidywania rozwoju mikrostruktury podczas procesów plastycznej przeróbki z uwzględnieniem rzeczywistego stanu termomechanicznego. W drugiej części pracy zaprezentowano opracowywane nowe podejście, oparte na analizie wieloskalowej, umożliwiające skuteczną symulację odkształcenia z uwzględnieniem zjawisk zachodzących w skali mikro. Analiza taka umożliwia uzyskiwanie informacji o szeregu zjawisk zachodzących na różnym poziomie w rozpatrywanym materiale i w konsekwencji umożliwia szczegółową interpretację wyników.

EN

Several examples of computer simulations based on the finite element method are shown in the first part of the paper. The work is focused on the microstructure development during plastic deformation accounting for the thermo-mechanical phenomena. An alternative approach, the multiscale modelling of localization phenomena, is presented in the second part. This analysis is crucial for simulation of the processes, which take place in different scales in the material. As a consequence a detail interpretation of these phenomena is achieved.

7

Optimization of materials processing using a hybrid technique based on artificial neural networks

Kusiak J., Żmudzki A., Danielewska-Tułecka A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2005

|

Vol. 50, iss. 3

609-620

EN

The optimization problems in the field of material processing are very complex. They require a lot of computations, because most of processes are simulated on the base of the Finite Element Method (FEM). In classical optimization approach, every iteration requires time-consuming FEM calculation of the considered problem, which increases the computation time of the optimization procedures. The efficient optimization algorithms of such complex problems should minimize the computation time. The paper presents a new hybrid optimization technique based on the Artificial Neural Network (ANN) modelling. The search of the optimal value is performed not directly on the objective function, but on its values predicted by its ANN metamodel. Such approach does not require FEM recalculations of the whole analyzed problem for each optimization iteration. It allows decreasing the computation time of the optimization procedure. The paper presents the description of the proposed method, its algorithm and examples of application to test optimization problems and the inverse analysis of materials properties.

PL

W zagadnieniach dotyczących procesów obróbki materiałów, problemy optymalizacji są bardzo skomplikowane. Wymagają one bowiem wielu obliczeń numerycznych, co wynika z tego iż większość procesów modeluje się za pomocą Metody Elementów Skończonych (MES). W klasycznym podejściu, każda iteracja metody optymalizacji wymaga czasochłonnych symulacji MES rozważanego problemu, co znacząco zwiększa czas obliczeń. Cecha skutecznego algorytmu optymalizacji powinno byc zmniejszenie tego czasu. W artykule przedstawiono nowa hybrydowa technikę optymalizacji oparta o modelowanie z użyciem Sztucznych Sieci Neuronowych (SSN). Poszukiwanie wartości optymalnej nie jest przeprowadzone bezpośrednio za pomocą zdefiniowanej funkcji celu, ale za pomocą jej wartości wskazanej przez metamodel SSN. Zaprezentowane podejście nie wymaga ponownych obliczeń całego analizowanego problemu za pomocą MES w każdej iteracji algorytmu. Pozwala to na zmniejszenie czasu obliczeń procedury optymalizacji. W artykule zaprezentowano opis proponowanej metodyki, algorytm poszukiwania optimum, oraz przykłady zastosowania do optymalizacji funkcji testowych i do wyznaczania parametrów modelu materiałowego w analizie odwrotnej.

8

Zastosowanie analizy odwrotnej do wyznaczania parametrów procesu tłoczenia dających najmniejsze sprężynowanie powrotne

Żmudzki A., Pidvysotskyy V., Pietrzyk M., Woźniak H., Plewiński A., Drenger T.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2004

|

R. 49, nr 1

2-6

PL

Efekt powrotnego odkształcenia sprężystego jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o jakości wyrobów wytwarzanych podczas operacji głębokiego tłoczenia blach. Minimalizacja błędów kształtu i wymiarów wyrobu, będących skutkiem tego efektu, jest zadaniem skomplikowanym. Wymaga prawidłowego zaprojektowania narzędzi do operacji wytłaczania oraz zastosowania odpowiednich modeli dla takich parametrów procesu jak warunki tarcia, stan naprężenia i odkształcenia w materiale, umocnienie itp. Wykazano wrażliwość sprężynowania powrotnego na zmiany wielkości sił powodujących opór płynięcia blachy, a więc wpływ parametrów siłowych opisujących proces tłoczenia. Siły te mogą być wywołane poprzez zastosowanie, na przykład, progów ciągowych lub środków smarnych o różnych właściwościach. Ta obserwacja stanowiła podstawę do przeprowadzenia analizy metodą inverse, na podstawie której wyznaczono wartości sił powodujących opór płynięcia, dających najmniejsze wartości powrotnych odkształceń sprężystych.

EN

An effect of spring-back is one of the most important factors influencing quality of the products obtained by deep drawing of sheets. Minimization of shape and dimensional errors of the product resulting from this effect is a complicated task, requiring appropriate designing of the tools used in drawing operation and application of suitable models of such process parameters as friction conditions, state of stress and strain in a material, hardening, etc. Sensitivity of a spring-back effect on the change of forces causing sheet resistance to flaw, i.e. the influence of force parameters describing the drawing process, has been demonstrated. These forces can appear, for instance, due to application of drawing thresholds or lubricating media of different properties. Based on this observation, an inverse analysis has been performed aimed to determine quantity of forces causing resistance to flow and giving the smallest spring-back effect.

9

Identyfikacja modelu tarcia w procesie wyciskania

Żmudzki A., Kuziak R., Papaj M., Pietrzyk M.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2004

|

T. 15, nr 3

69-78

PL

Niniejszy artykuł zawiera wyniki analizy doświadczeń, które zostały wykonane w celu wyznaczenia współczynnika tarcia w procesach kształtowania wyrobów metalowych. Wzięte pod uwagę zostały dwa typy procesów. Pierwszy z nich to próba spęczania pierścieni, która służy do wyznaczania zarówno parametrów tarcia jak i reologii materiału przy pomocy analizy odwrotnej. Drugim procesem jest kombinowane współ- i przeciwbieżne wyciskanie. Główną zaletą tego rodzaju testu jest pojawienie się wysokich nacisków normalnych na powierzchni kontaktu wsad-narzędzie. Do symulacji komputerowej wymienionych prób użyto modelowanie Metodą Elementów Skończonych. Doświadczenia zostały wykonane z użyciem miedzi w temperaturze pokojowej. Wyznaczone z różnych prób współczynniki tarcia zostały w niniejszym artykule porównane między sobą w odniesieniu do wielkości nacisków normalnych występujących na powierzchniach kontaktu. Jako wniosek podano, że współczynnik tarcia obliczony z próby spęczania pierścieni posiada nieco niższą wartość niż ten, wyznaczony z próby współ- i przeciwbieżnego wyciskania.

EN

The paper contains results of the analysis of tests, which are performed to determine the friction coefficient in metal forming processes. Two types of tests are considered. The first is ring compression, which is used to determine both friction and rheological parameters using the inverse analysis. The second test is combined direct-indirect extrusion. The main advantage of this test is evolution of high pressures at the die-workpiece interface. Finite element model is used for the simulation of the tests. Experiments were performed for copper deformed at room temperature. Friction coefficients determined from different tests are compared in the paper and related to the pressure conditions existing at the contact surfaces. It is concluded that friction coefficient calculated from the ring compression tests is slightly lower that that determined from the direct-indirect extrusion test.