Výpočtová predikce tvárného porušování
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Problematika (numerické) predikce tvárného porušení řeší v podstatě dva typy úloh. První a dnes nejrozšířenější skupina výpočtů je cílena na prevenci iniciace tvárného porušení. Druhý typ úloh lze charakterizovat jako cílené porušování, např. obrábění, stříhání, atd. K výraznému rozvoji problematiky došlo v posledních desetiletích díky vývoji a lepší dostupnosti k výkonným výpočetním a experimentálním nástrojům. Uspokojivý popis tvárného porušení při víceosém proporcionálním a neproporcionálním zatěžování však doposud chybí. Tato práce svým zaměřením pomohla objasnit některé neznámé a přispěla k pochopení chování vybraných materiálů při laboratorní teplotě a kvazistatickém zatěžování. Pro studium tvárného porušení byla vybrána austenitická ocel AISI 316L. Na ní byly provedeny jednoosé tahové zkoušky hladkých a vrubovaných vzorků, pěchovací zkoušky hladkých válečků a válečků s důlkem, dále zkoušky vzorků typu motýlek, zkoušky vrubovaných trubek a penetrační zkoušky. Z výsledků experimentu bylo kalibrováno pět jednodušších kritérií (ekvivalentní lomové přetvoření, Johnson-Cook, zjednodušený Bao-Wierzbicki, Rice-Tracey, RTCL ) a pět tzv. univerzálních kritérií (Bai-Wierzbicki, Xue-Wierzbicki, EMC, LOU, KHPS). Detailněji je řešena problematika penetračních testů nazývaná Small Punch Test (SPT). Ta potenciálně umožňuje stanovení mechanických vlastností materiálů z řádově menšího objemu materiálu než standardní zkoušky. Jedná se o perspektivní nástroj zpřesňující posuzování při prodlužování životnosti komponent v provozu. Provedena byla důkladná citlivostní analýza. Vytvořena a odladěna byla inverzní úloha SPT s využitím optimalizačního programu OptiSLang pro získání mechanických vlastností přímo z křivky SPT. Dosaženo bylo pouze 2% odchylky při určení meze kluzu a 6% odchylky od meze pevnosti získaných z tahových zkoušek. Navrženo bylo několik úprav geometrie penetračního vzorku pro kalibraci univerzálních kritérií. Kalibrovaná univerzální kritéria byla použita při simulaci porušení 3D modelu SPT. Nejlepší výsledky vykazují kritéria KHPS a EMC.
The issue of ductile damage prediction can be generally divided in two types of tasks. The first one is to preventing the initiation of ductile damage with is most common group of calculation today. The second task can be described as aimed damaging, such as machining, cutting, etc. The significant development of this issue occurred in recent decades by help of development and access to powerful computational techniques and new experimental possibilities. However, the behaviour of ductile damage at multiaxial proportional and non-proportional loading is insufficiently described. This thesis helped to clarify some of the unknown this topic. It contributed to the understanding of selected materials behaviour at room temperature and quasistatic loading. Austenitic stainless steel AISI 316L was selected for detail study of ductile damage. A large number of experiments were performed on this material, such as uniaxial tensile tests of smooth and notched specimens, upsetting tests of smooth cylinder and special cylinder with dimple, butterfly specimens, notched tube specimens and penetration tests. Experimental results is used for calibration of five so-called simple criteria, taking into account fracture strain and stress triaxiality (Equivalent fracture strain, Johnson-Cook, simplify Bao-Wierzbicki, RT, RTCL) and universal criteria (Bai-Wierzbicki, Xue-Wierzbicki, EMC, LOU, KHPS). SPT potentially enable the determination of actual mechanical behaviour using only a fraction of specimen volume compared to standard specimen. It is promising tool to improve accuracy when assessing working life of components in operation. The inverse numerical simulation loop of SPT was designed using program OptiSLang on the basis of detailed sensitivity analysis. It was achieved 2% deviation of yield strength and 6% deviation of ultimate strength obtained from tensile tests. A several modification of SPT specimen was suggested for universal criteria calibration of small material volume. The 3D numerical model was built for numerical simulation with ductile damage simulation. The criteria KHPS and EMC gave the most accurate results.
The issue of ductile damage prediction can be generally divided in two types of tasks. The first one is to preventing the initiation of ductile damage with is most common group of calculation today. The second task can be described as aimed damaging, such as machining, cutting, etc. The significant development of this issue occurred in recent decades by help of development and access to powerful computational techniques and new experimental possibilities. However, the behaviour of ductile damage at multiaxial proportional and non-proportional loading is insufficiently described. This thesis helped to clarify some of the unknown this topic. It contributed to the understanding of selected materials behaviour at room temperature and quasistatic loading. Austenitic stainless steel AISI 316L was selected for detail study of ductile damage. A large number of experiments were performed on this material, such as uniaxial tensile tests of smooth and notched specimens, upsetting tests of smooth cylinder and special cylinder with dimple, butterfly specimens, notched tube specimens and penetration tests. Experimental results is used for calibration of five so-called simple criteria, taking into account fracture strain and stress triaxiality (Equivalent fracture strain, Johnson-Cook, simplify Bao-Wierzbicki, RT, RTCL) and universal criteria (Bai-Wierzbicki, Xue-Wierzbicki, EMC, LOU, KHPS). SPT potentially enable the determination of actual mechanical behaviour using only a fraction of specimen volume compared to standard specimen. It is promising tool to improve accuracy when assessing working life of components in operation. The inverse numerical simulation loop of SPT was designed using program OptiSLang on the basis of detailed sensitivity analysis. It was achieved 2% deviation of yield strength and 6% deviation of ultimate strength obtained from tensile tests. A several modification of SPT specimen was suggested for universal criteria calibration of small material volume. The 3D numerical model was built for numerical simulation with ductile damage simulation. The criteria KHPS and EMC gave the most accurate results.
Description
Citation
HŮLKA, J. Výpočtová predikce tvárného porušování [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. .
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Inženýrská mechanika
Comittee
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Miroslav Španiel, CSc. (člen)
prof. Ing. Milan Žmindák (člen)
Ing. Petr Dymáček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vladimír Fuis, Ph.D. (člen)
Ing. Lubomír Junek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Ing. Jan Vrbka, DrSc., dr. h. c. (člen)
Date of acceptance
2014-12-05
Defence
Práce je přínosem v oboru fenomenologického modelování materiálů. Zejména metodika identifikace křivky zpevnění z SPT se jeví slibná i z hlediska praktické aplikace. Doktorand prokázal schopnost aplikace vědeckých metod řešení zadaného problému.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení