Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

2-/3-D Digital Material Representation and Evaluation of Metal Foams

Yang C, An Y., Greenfield R., Hodgson P.

Computer Methods in Materials Science

|

2013

|

Vol. 13, No. 4

425--435

EN

Recently metal foams are becoming popular in engineering application due to their high energy absorption ability and low density, which are being utilised in automotive engineering and aerospace engineering as well as biomedical engineering. As a typical porous or cellular material, from the material design’s point of view, metal foams have typical heterogeneous structures cross length scales, which can be defined by only two phases: matrix material and voids, which is termed as cells or pores . Their structures can be characterised by several main geometric parameters related to the cells, such as size, shape, spatial distribution and arrangement and so on. The digital material representation of metal foams has been employed to represent metal foams accounting for their complex structures. However random distributions of the size and shape of cells in most foam materials make the digital material representation and modelling of such materials very complicated. Furthermore, effects of size and shape of cells on mechanical behaviours of metal foams have been found and investigated numerically and experimentally in authors' previous studies in which the authors have developed a digital framework for the representation, modelling and evaluation of multi-phase materials including metal foams. In this study, the developed digital framework for the representation, modelling and evaluation of microstructured or multi-phase materials has been further developed with a multi-scale sense including both two-/three-dimensional (2-/3-D) finite element modelling to represent metal foams with a certain distribution on cell size and shape, which can be used for digital or virtual testing to determine mechanical properties and behaviours of such foams. A linkage between 2-D and 3-D finite element models has been build up through a comparativeness analysis between them. For validation and verification purpose, the results obtained from these models have been compared with those from experimental work and good agreement has been found which demonstrated the effectiveness of the digital framework developed for metal foams.

PL

Ze względu na ich dużą zdolność do absorpcji energii i niską gęstość pianki metaliczne znajdują ostatnio szerokie zastosowanie w przemysłach samochodowym i lotniczym, a także w bioinżynierii. Jako typowy materiał porowaty lub komórkowy pianki metaliczne mają strukturę niejednorodną, która może być zdefiniowana przez dwie fazy: materiał osnowy i pustki nazywane komórkami lub porami. Struktury komórek są charakteryzowane przez ich główne parametry geometryczne, takie jak rozmiar, kształt, rozkład w przestrzeni i aranżacja. Cyfrowa reprezentacja materiału została wykorzystana do reprezentowania pianek metalicznych z uwzględnieniem ich złożonej struktury. Z drugiej strony nierównomierność rozkładu rozmiaru i kształtu komórek w większości pianek powoduje, że taka cyfrowa reprezentacja i modelowanie stają się bardzo trudne. Wpływ rozmiaru i kształtu komórek na własności mechaniczne pianek metalicznych był badany numerycznie i doświadczalnie we wcześniejszych pracach autorów. W tych pracach opracowana została numeryczna platforma dla reprezentacji, modelowania i oceny wielofazowych materiałów, w tym pianek metalicznych. W niniejszej pracy przedstawiono dalszy rozwój tej platformy. Stworzono wieloskalowe modele 2D i 3D połączone z metodą elementów skończonych (MES) do opisu pianek metalicznych z zadanym rozkładem rozmiaru i kształtu komórek. Ten program może być dalej stosowany do wyznaczania własności mechanicznych oraz do opisu zachowania się pianek metalicznych pod obciążeniem. Połączenie między modelami 2D i 3D MES zostało zbudowane na podstawie analizy podobieństwa między tymi rozwiązaniami. Dla walidacji i weryfikacji modelu porównano otrzymane wyniki z badaniami doświadczalnymi i otrzymano dobrą zgodność, co potwierdziło efektywność cyfrowej platformy dla pianek metalicznych.

2

Microstructure and properties of a C-Mn steel subjected to heavy plastic deformation

Muszka K., Dymek S., Majta J., Hodgson P.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2010

|

Vol. 55, iss. 3

641-645

EN

In the present paper an effect of severe plastic deformation (SPD) on the microstructural evolution and properties of a plain C-Mn steel was investigated. The SPD was accomplished by the MaxStrain system which deforms material along two perpendicular axes while the deformation along the third axis is fully constrained. The applied amounts of true strains were 5 and 20 in total. Deformation was conducted at room and 500°C temperatures. Some samples deformed at room temperature were subsequently annealed at 500°C. A microstructural analysis by SEM/EBSD was used for recognition the low- and high-angle grain boundaries. It was found that the collective effect of severe plastic deformation (true strain of 20) and further annealing promotes the formation of high-angle grain boundaries and uniform fine grained microstructure. The refinement of ferrite microstructure results in a significant increase in strength and hardness.

PL

W pracy przebadano wpływ dużego odkształcenia plstycznego na mikrostrukture stali C-Mn. Odkształcenie plastyczne nadawano w urządzeniu MaxStrain, w którym materiał odkształca się wzdłuż dwóch prostopadłych kierunków, podczas gdy unieruchomienie końców próbki uniemożliwia odkształcenie w trzecim prostopadłym kierunku. Wielkości odkształceń rzeczywistych wynosiły 5 oraz 20. Odkształcenie nadawano w temperaturze otoczenia oraz 500°C. Niektóre próbki odkształcone w temperaturze pokojowej wyzarzano w temperaturze 500°C. Analize SEM/EBSD wykorzystano do identyfikacji granic małego i dużego kąta. Stwierdzono, że duże odkształcenie plastyczne (20) w połączeniu z późniejszym wyżarzaniem prowadzi do wytworzenia stabilnej struktury drobnoziarnistej. Rozdrobnienie ziarna ferrytu zwiekszą znacznie jego twrdość i wytrzymałość.

3

Simulation of dynamic recrystallization using random grid cellular automata

Yazdipour N., Davies C., Hodgson P.

Computer Methods in Materials Science

|

2007

|

Vol. 7, No. 1

175-181

EN

Computer simulation is a powerful tool to predict microstructure and its evolution in dynamic and post-dynamic recrystallization. CAFE proposed as an appropriate approach by combining finite element (FE) method and cellular automata (CA) for recrystallization simulation. In the current study, a random grid cellular automaton (CA), as micro-scale model, based on finite element (FE), as macro-scale method, has been used to study initial and evolving microstructural features; including nuclei densities, dislocation densities, grain size and grain boundary movement during dynamic recrystallization in a C-Mn steel. An optimized relation has been established between mechanical variables and evolving microstructure features during recrystallization and grain growth. In this model, the microstructure is defined as cells located within grains and grain boundaries while dislocations are randomly dispersed throughout microstructure. Changes of dislocation density during deformation are described considering hardening, recovery and recrystallization. Recrystallization is assumed to initiate near grain boundaries and nucleation rate was considered constant (site-saturated condition). The model produced a mathematical formulation which captured the initial and evolving microstructural entities and linked their effects to measurable macroscopic variables (e.g. stress).

PL

Symulacje komputerowe są doskonałym narzędziem umożliwiającym przewidywanie rozwoju mikrostruktury podczas rekrystalizacji dynamicznej. Automaty komórkowe są jedną z najbardziej efektywnych metod symulowania zjawisk fizycznych zachodzących podczas rekrystalizacji i rozrostu ziaren. W niniejszym artykule obydwa wymienione zjawiska zostały zamodelowane przy wykorzystaniu dwuwymiarowej siatki automatów komórkowych. Dane takie jak czas, wstępna wielkość ziaren oraz wstępna gęstość zarodkowania zostały wykorzystanie do walidacji modelu jako zmienne modelu JMAK (Johnson, Mehl, Avrami, i Kolmogorov). Zgodnie z przyjętymi założeniami, automaty komórkowe okazały się być dogodnym narzędziem symulacji zjawiska dynamicznej rekrystalizacji.

4

Possibility to include in numerical simulation stochastic and discontinuous phenomena occuring in material

Madej L., Paul H., Hodgson P., Pietrzyk M.

Computer Methods in Materials Science

|

2007

|

Vol. 7, No. 1

12-167

EN

Simulation of materials processing has to face new difficulties regarding proper description of various discontinuous and stochastic phenomena occurring in materials. Commonly used rheological models based on differential equations treat material as continuum and are unable to describe properly several important phenomena. That is the reason for ongoing search for alternative models, which can account for non-continuous structure of the materials and for the fact, that various phenomena in the materials occur in different scales from nano to mezo. Accounting for the stochastic character of some phenomena is an additional challenge. One of the solutions may be the coupled Cellular Automata (CA) – Finite Element (FE) multi scale model. A detailed discussion about the advantages given by the developed multi scale CAFE model for strain localization phenomena in contrast to capabilities provided by the conventional FE approaches is a subject of this work. Results obtained from the CAFE model are supported by the experimental observations showing influence of many discontinuities existing in the real material on macroscopic response. An immense capabilities of the CAFE approach in comparison to limitations of the FE method for modeling of real material behavior is are shown this work as well.

PL

Stochastyczny charakter procesu lokalizacji odkształcenia analizowany w oparciu o model analizy wieloskalowej CAFE przedstawiony jest w niniejszej pracy. Konwencjonalne modele numeryczne bazujące na równaniach różniczkowych nie są w stanie opisać zjawisk o charakterze stochastycznym, z kolei model CAFE jest pozbawiony takiego ograniczenia. W pracy omówiono zmienne wewnętrzne zdefiniowane w przestrzeniach automatów komórkowych związane ze stochastyczną odpowiedzią modelu. Zdefiniowane zmienne wewnętrzne bezpośrednio wpływają na stworzone reguły przejścia opisujące propagacje mikro pasm i pasm ścinania. Zalety proponowanego rozwiązania są poddane dyskusji i porównane z wynikami przeprowadzonych badań doświadczalnych.

5

Microstructure evolution modeling of square-diamond pass hot bar rolling of AISI 4135 steel

Lee H., Kwon H., Im Y., Hodgson P.

Computer Methods in Materials Science

|

2006

|

Vol. 6, No. 3-4

140-149

EN

In this study, kinetics of the static (SRX) and metadynamic recrystallization (MDRX) of AISI4135 steel was investigated using hot torsion tests. Continuous torsion tests were carried out to determine the critical strain for dynamic recrystallization (DRX). The times for 50% recrystallization of SRX and MDRX were determined, respectively, by means of interrupted torsion tests. Furthermore, austenite grain size (AGS) evolution due to recrystallization (RX) was measured by optical microscopy. With the help of the evolution model established, the AGS for hot bar rolling of AISI4135 steel was predicted numerically. The predicted AGS values were compared with the results using the other model available in the literature and experimental results to verify its validity. Then, numerical predictions depending on various process parameters such as interpass time, temperature, and roll speed were made to investigate the effect of these parameters on AGS distributions for square-diamond pass rolling. Such numerical results were found to be beneficial in understanding the effect of processing conditions on the microstructure evolution better and control the rolling processes more accurately.

PL

W pracy badano kinetykę statycznej (SRX) i metadynamicznej (MDRX) rekrystalizacji stali AISI4135 w próbie skręcania. Ciągłe próby skręcania wykonano w celu wyznaczenia krytycznych odkształceń dla dynamicznej rekrystalizacji (DRX). Czasy do 50% rekrystalizacji SRX i MDRX zostały wyznaczone w dwustopniowych próbach skręcania. Dodatkowo, zmiany wielkości ziarna austenitu (AGS) spowodowane rekrystalizacja były mierzone na mikroskopie optycznym. Stosując opracowany model ewolucji mikrostruktury, wyznaczona została wielkość ziania austenitu przy walcowaniu na gorąco prętów ze stali AISI4135. Wyznaczone wartości AGS został}1 porównane z wynikami otrzymanymi z dostępnego w literaturze modelu i z wynikami doświadczeń, które posłużyły do weryfikacji modelu. "Następnie określono wpływ takich parametrów jak czas przerwy, temperatura i prędkość walcowania na rozkład AGS przy walcowaniu w układzie przepustów kwadrat-romb. Wyniki numerycznej symulacji ułatwiły zrozumienie wpływu warunków procesu na rozwój mikrostruktury i bardzie] dokładne sterowanie procesem stało się możliwe.

6

Determination of Drawbead Contacts with Variable Bead Penetration

Manjula N., Nanayakkara P., Hodgson P.

Computer Methods in Materials Science

|

2006

|

Vol. 6, No. 3-4

188-194

EN

In stamping operations, the sliding of the sheet metal over the drawbeads is of great importance. The geometry of the drawbead and the degree of penetration both influence material flow and alter the frictional effects between the work and the tool. The effect of drawbead penetration over drawbeads has been studied using the Drawbead Simulator (DBS) test. The contact phenomenon between the sheet and drawbeads was analysed by examining deformed samples with an image fitting technique. The results were compared with an FE simulation and with an approximate geometric analysis. The results give a useful relationship between the rate of change of the contact angle with increasing bead penetration.

PL

Ślizganie się blach po progu ciągowym ma istotne znaczenie w procesach tłoczenia. Zarówno kształt progu jak i wysokość przegięcia blachy na progu mają wpływ na płyniecie metalu i mogą poprawiać warunki tarcia na styku odkształcanej blachy i narzędzia. Wpływ wysokości przegięcia blachy na progu ciągowym badano doświadczalnie na symulatorze progu ciągowego DSB (Drawbead Simulator). Zjawiska na styku między blachą i progiem ciągowym analizowano poprzez badania próbek metodą identyfikacji zarejestrowanego obrazu. Wyniki pomiarów porównano z obliczeniami metodą elementów skończonych oraz z odpowiednią analizą geometryczną. W konsekwencji wyznaczono przydatną zależność pomiędzy prędkością zmian kąta styku i wzrostem wysokości przegięcia blachy.