Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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.

2

Development of the cellular automata framework dedicated for metallic materials microstructure evolution models

Rauch L., Madej L., Spytkowski P., Golab R.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2015

|

Vol. 15, no. 1

48--61

EN

The main goal of the paper is to design and implement a framework based on the cellular automata (CA) method, which is dedicated to numerical simulations of microstructure evolution in metallic materials under thermal and mechanical processing. Major assumptions and implementation details of the proposed solution involving classes containing dedicated fields and methods are discussed. Finally, the cellular automata framework (CAF) is tested for selected case studies supported by the Windows Workflow Foundation (WWF) approach. Particular attention is put on modelling simple grain growth, static recrystallization and phase transformation phenomena occurring at the microstructure level. Obtained results of simulations as well as performance characteristics are also presented in the paper. As a result, the CA framework, which supports design of complex algorithms with flexible data flow and reusable components is proposed.

3

Computer system for identification of material models on the basis of plastometric tests

Rauch L., Sztangret L, Pietrzyk M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 3

737--743

EN

The paper describes the hybrid computer system dedicated to identification of models of materials subjected to thermomechanical processing. The functionalities of the system consist of plastometric tests data processing and application of the inverse analysis. The latter functionality is realized unconventionally, instead of the finite element method the metamodel is implemented using artificial neural network. The metamodels, used for simulations of the plastometric tests, are imported to the proposed computer system as external plugins, what guarantees flexibility and possibility of further development. On the other hand, application of rich optimization libraries assures the best possible solution of the problem. Basic principles of the inverse analysis with metamodels and mentioned optimization procedures are described in the paper. Selected examples of identification of models for various metallic materials recapitulate the paper.

PL

Artykuł przedstawia system komputerowy dedykowany identyfikacji modeli materiałów poddanych obróbce cieplnomechanicznej. Funkcjonalność systemu obejmuje przetwarzanie danych pomiarowych oraz analizę odwrotną. W przeciwieństwie do rozwiązań konwencjonalnych opartych o metodę elementów skończonych, podstawę rozwiązania stanowi metamodel do symulacji prób doświadczalnych wykonywanych dla identyfikacji modeli materiałów. Metamodele zrealizowane z użyciem sztucznych sieci neuronowych są importowane do systemu jako tzw. wtyczki, co zapewnia elastyczność i mozliwość rozwoju rozwiązania. Ponadto, wykorzystanie bogatych bibliotek metod optymalizacji zapewnia uzyskanie najlepszego z możliwych rozwiązań. Podstawowe zagadnienia analizy odwrotnej z użyciem metamodeli oraz wspomnianych metod optymalizacji opisane zostały w niniejszym artykule. Przedstawiona została również architektura stworzonego systemu komputerowego oraz przykłady jego wykorzystania do identyfikacji parametrów modeli wybranych materiałów metalicznych.

4

Application of statistically similar representative volume element in numerical simulations of crash box stamping

Ambrozinski M., Bzowski K., Rauch L., Pietrzyk M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2012

|

Vol. 12, no. 2

126--132

EN

The paper presents multiscale simulations of the crash box, which is being widely used in automotive industry, because of its high influence on improvement of passengers safety. The multiscale simulations are presented with application of statistically similar representative volume element (SSRVE), which besides offering the reliability of conventional representative volume element (RVE), gives much shorter computational time. At first, the idea of SSRVE with examples obtained for HCT600 steel, used for crash box production, is presented. Then macroscale model of crash box is described in details, as well as the results obtained for macroscale simulations. Finally, the introduction of SSRVE into the multiscale simulations is shown. The results for the created multiscale approach prove that the proposed solution offers the possibility of better estimation of final product properties on the basis of microstructural information and that it can be efficiently used in industrial conditions.

5

Numerical analysis of strain inhomogeneities during deformation on the basis of the three dimensional Digital Material Representation

Madej L., Cybulka P., Perzynski K., Rauch L.

Computer Methods in Materials Science

|

2011

|

Vol. 11, No. 2

375-380

EN

The main objective of the DMR system presented in the work is to create the digital microstructure with its features (grains, sub grains, grain boundaries) represented explicitly. Particular attention in the paper is put on designing three dimensional DMR. These digital structures are used to generate finite element meshes that exactly replicate geometry of grains. Finally obtained meshes arę used during simulation of the deformation process to analyze stress concentration along grain boundaries. Details of implemented algorithms are presented in the paper. The advantages and disadvantages of this approach are discussed, as well.

PL

Podstawowym celem pracy jest stworzenie modelu wykorzystującego cyfrową reprezentację materiału do analizy wpływu elementów mikrostruktury na zachowanie się materiału w trakcie odkształcenia. Cyfrowa reprezentacja materiału zapewnia możliwość uwzględnienia elementów mikrostruktury np. ziarna, granice ziaren, różne fazy itp. w sposób jawny w trakcie symulacji. W ramach pracy stworzone zostały algorytmy tworzenia trójwymiarowej cyfrowej reprezentacji wraz z dedykowaną siatką elementów skończonych, która wiernie odzwierciedla geometrię ziaren. Opracowana cyfrowa reprezentacja materiału polikrystalicznego jest następnie wykorzystana w trakcie analizy koncentracji naprężeń wzdłuż granic ziaren w trakcie testu spęczania próbki sześciennej. Wady i zalety opracowanego podejścia zostały również przedstawione w niniejszej pracy.

6

Image processing methods for segmentation of microscopic pictures of the MgCa alloys

Rauch L., Bzowski K.

Computer Methods in Materials Science

|

2011

|

Vol. 11, No. 2

350-356

EN

The paper addresses the problem of image processing of MgCa alloys microstructures. The main objective of the paper is focused on segmentation of images obtained from optical microscope. For this purpose three methods were selected, which offers high reliability in application to noised and highly diversified pictures. These approaches are based on Voronoi tessellation, superpixel regions and multi-filter thresholding with the Bresenham algorithm. The paper contains detailed description of the methods as well as comparison of obtained results.

PL

Artykuł porusza problem przetwarzania mikroskopowych zdjęć stopów MgCa pod kątem poprawnej segmentacji i ekstrakcji ziaren. W tym celu wykonany został przegląd literatury z dostępnymi obecnie popularnymi metodami segmentacji, a następnie wybrane zostały trzy metody charakteryzujące się wysoką wiarygodnością w przypadku analizy zdjęć zaszumionych i silnie zróżnicowanych. Metody te opierają się na tesselacji Woronoja, regionach zwanych superpikselami oraz na wielokrotnym filtrowaniu progowym i algorytmie Bresenhama (ostatnia z metod jest rozwiązaniem zaproponowanym przez Autorów). Artykuł zawiera również szczegółowy opis każdego z podejść jak również porównanie otrzymanych wyników segmentacji.

7

Digital Material Representation as an efficient tool for strain inhomogeneities analysis at the micro scale level

Madej L., Rauch L., Perzyński K., Cybulka P.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2011

|

Vol. 11, no 3

661-679

EN

The summary of recent research towards development of a tool for detailed microstructure modelling is presented within the paper. The main focus is put on micro scale behaviour, where advantages of digital material representation can be taken into account. Digital Material Representation allows modelling of microstructures along with features such as crystallographic orientation, grain boundaries or phase boundaries represented in an explicit manner. Incorporation of these digital microstructures into the numerical simulation methods provides the possibility to improve the quality of numerical results. The developed method can be used to design specifically dedicated microstructures, which meet very strict requirements. The clear motivation and importance of the work is presented in the first part of the paper followed by a short description of the developed approaches for creation of the digital microstructures. Two approaches are considered that provide an exact and statistical representation of the real microstructure. The main focus is put on the application of image processing and cellular automata techniques. Afterwards, obtained digital microstructures are used as input data for the finite element analysis of the micro scale compression test. Examples of applications during multiscale simulation are also presented in the paper.

PL

W pracy przedstawiono koncepcję tworzenia Cyfrowej Reprezentacji Materiału oraz jej zastosowanie do analizy niejednorodności odkształcenia na poziomie mikro skali. Omówiono dwie grupy metod odwzorowujących mikrostrukturę z jej cechami charakterystycznymi np. ziarna, granice ziaren. Pierwsza z nich obejmuje metody analizy obrazu rzeczywistych zgładów metalograficznych. Druga natomiast dotyczy metod tworzenia statystycznie reprezentacyjnych mikrostruktur. Otrzymane reprezentacje stanowią dane wejściowe do dalszej analizy niejednorodności odkształcenia na poziomie mikrostruktury. Przykłady zastosowań w symulacjach wieloskalowych również zostały omówione w ramach niniejszej pracy.

8

System for flexible modelling of production cycles based on flat rolling

Rauch L., Madej L., Golab R., Pietrzyk M.

Journal of Machine Engineering

|

2009

|

Vol. 9, No. 4

39--48

EN

The paper presents design and implementation of computer system dedicated to simulation of production cycles based on the rolling processes. The main functionality of the computer system, i.e. support and facilitation of flat rolling technology design, is obtained through flexible interface combined with the modular architecture of numerical library and optimization procedures. Each production cycle (e.g. heating, rolling, cooling, coiling) is prepared to be calculated separately and finally integrated into the sophisticated production cycle. The architecture of designed software as well as models used for numerical calculations are described in details.The system was tested for various configurations of rolling mills. Three of them together with obtained results are presented in the paper: complex production cycle (roughing and finishing rolling), finishing rolling composed of seven passes and laboratory case study.

9

Strain distribution analysis based on the digital material representation

Madej L., Rauch L., Yang C.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2009

|

Vol. 54, iss. 3

557-565

EN

Results of research on application of modern numerical approaches for analysis of influence of microstructure heterogeneities on strain distribution during material processing are presented in this work. This work is part of the research towards development of the tool for detailed microstructure modeling. The main focus here is put on the micro scale behavior, where advantages of digital material representation can be taken into account. Digital representation allows to model microstructure with its features like crystallographic orientation, grain boundaries or phase boundaries taken in an explicit manner. By combination of these digital structures with numerical simulation methods a possibility to improve quality of results was created. Developed method can be used to design specifically dedicated microstructures, which meet very strict requirements. In the first part of the work the review of various ideas of digital representation of materials is presented. It is followed by a short description of the application of the developed approach to creation of the digital microstructures. The main focus is put on the application of cellular automata technique. Afterwards, obtained digital microstructures of ferrite steel and two phase steels are used as an input data for the finite element analysis of the compression test. Selected results are also presented and discussed in the paper.

PL

W pracy przedstawiono postęp w badaniach nad zastosowaniem nowoczesnych metod numerycznych do analizy wpływu niejednorodności mikrostruktury na stan odkształcenia w materiałach poddanych obciążeniom. Przeprowadzone badania dotyczą przede wszystkim skali mikro, ponieważ szczególny nacisk w modelowaniu położono na wykorzystanie zalet cyfrowej reprezentacji materiału. Cyfrowa reprezentacja pozwala wiernie odwzorować rzeczywistą mikrostrukturę materiałów polikrystalicznych z jej cechami charakterystycznymi (np. orientacja krystalograficzna, granice ziaren, granice faz) w formie jawnej. Wykorzystanie takiej reprezentacji w połączeniu z metodami symulacji numerycznych stwarza możliwość uzyskania nowej jakości wyników, które mogą zostac użyte do projektowania dedykowanych mikrostruktur materiałowych zapewniajacych zadane własności. W artykule przedstawiono zarówno przegląd dotychczasowych zastosowań koncepcji cyfrowej reprezentacji materiału jak również propozycje własnych rozwiązań, takich jak np.: automaty komórkowe stosowane do modelowania zjawisk zachodzących w mikrostrukturze. Wygenerowane w ten sposób mikrostruktury dla stali ferrytycznej oraz stali dwufazowych poddano następnie symulacjom spęczania z wykorzystaniem komercyjnych pakietów metody elementów skończonych. Dyskusja otrzymanych wyniki również jest zawarta w niniejszej pracy.

10

Modelling of production chains as a tool for intelligent manufacturing in metal forming

Madej L., Weglarczyk S., Rauch L., Pietrzyk M.

Journal of Machine Engineering

|

2008

|

Vol. 8, No. 2

33--42

EN

The objective of the paper is demonstration of the role of multi scale modelling in the system, which optimizes the whole production chain. Product exploitation and properties are the key parameters for formulation of the objective function in the optimization problem. Such parameters as fatigue resistance, wear resistance or thermal resistance are crucial for extending the life cycle of products, therefore, theoretical prediction of those parameters is inevitable for the optimization of the manufacturing system. Thus, the main focus in the paper is on description of the idea of multi scale modelling and on presentation of the multi scale model developed by the Authors. This model combines finite element (FE) solution of the macro scale problem with the cellular automata (CA) model of the micro scale phenomena. Simulation of the production chain is the second part of the paper. The chain under consideration is composed of stock heating, cold forging, machining and simulation of exploitation conditions. The correlation between the process parameters and the exploitation properties of the product is demonstrated. Finally, the optimization problem which would be the base of intelligent manufacturing, is formulated.

11

Hybrid system for modeling and optimization of production chain in metal forming

Rauch L., Madej L., Pietrzyk M.

Journal of Machine Engineering

|

2008

|

Vol. 8, No. 2

14--22

EN

The paper presents design and implementation of the hybrid system, which is the part of investigation focused on application of multiscale modeling in simulation of real industrial processes. The hybrid system is dedicated to support production processes based on metal forming, by using artificial intelligence and optimization algorithms. The proposed system is based on the multilayer architecture and consists of several functional components responsible for management of production process, modeling and simulations and, finally, optimization. The latter module aims at searching for optimial parameters of selected production processes, which form production chain, i.e. rod rolling and cold forging. Optimization is performed using results obtained from multiscale modeling calculations. Then, the optimized approach is passed directly to the configuration and control centre of the real industrial process as a feedback to obtain better quality of products employing lower costs of manufacturing. Moreover, the hybrid system is designed to exchange information with other external systems implemented inside an enterprise e.g. ERP and its modules. The internal structure of presented system is described in the paper, as well as measurable advantages of hybrid system application to real environment.

12

System for design of the manufacturing process of connecting parts for automotive industry

Rauch L., Madej L., Weglarczyk S., Pietrzyk M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2008

|

Vol. 8, no 2

157-165

EN

The proposition of complex hybrid system, dedicated to modelling of life cycle of materiaIs and optimization of their in use properties, is presented in the paper. The approach is based on the conventional optimization algorithms, FE simulations of industrial production process and knowledge base, containing both theoretical and practical data in form of rules, facts and equations. Simulation and optimization of the manufacturing of the connecting part used in automotive industry was selected for the purposes of this work. The particular emphasis is put on controI of selected in use properties of products by proper design of technological parameters for consecutive stages of the production chain. The concept of the life cycle modelling used in the proposed system, as well as results obtained from simulations, are also presented in the paper.

PL

Propozycja kompleksowego systemu hybrydowego, przeznaczonego do modelowania cyklu życia materiałów oraz optymalizacji ich własności użytkowych, została zaprezentowana w niniejszym artykule. Podejście to oparte jest o klasyczne algorytmy optymalizacji, symulacje numeryczne procesów przemysłowych metodą elementów skończonych oraz bazę wiedzy zawierającą zarówno dane teoretyczne jak i praktyczne w formie reguł, faktów i równań. Na potrzeby niniejszej pracy w celu wykonania obliczeń symulacji i optymalizacji wykorzystano procesy wytwarzania elementów łącznych używanych powszechnie w przemyśle samochodowym. Szczególny nacisk został położony na kontrolę wybranych własności produktów poprzez wykonanie odpowiedniego projektu oraz dobór parametrów technologicznych w kolejnych etapach łańcucha produkcji. Koncepcja modelowania cyklu życia materiałów wykorzystana w zaproponowanym rozwiązaniu jak również otrzymane wyniki symulacji również zostały zaprezentowane w artykule.