Automated calibration of advanced cyclic plasticity model parameters with sensitivity analysis for aluminium alloy 2024-T351

The plasticity models in finite element codes are often not able to describe the cyclic plasticity phenomena satisfactorily. Developing a user-defined material model is a demanding process, challenging especially for industry. Open-source Code_Aster is a rapidly expanding and evolving software, capable of overcoming the above-mentioned problem with material model implementation. In this article, Chaboche-type material model with kinematic hardening evolution rules and non-proportional as well as strain memory effects was studied through the calibration of the aluminium alloy 2024-T351. The sensitivity analysis was performed prior to the model calibration to find out whether all the material model parameters were important. The utilization of built-in routines allows the calibration of material constants without the necessity to write the optimization scripts, which is time consuming. Obtaining the parameters using the built-in routines is therefore easier and allows using the advanced modelling for practical use. Three sets of material model parameters were obtained using the built-in routines and results were compared to experiments. Quality of the calibration was highlighted and drawbacks were described. Usage of material model implemented in Code_Aster provided good simulations in a relatively simple way through the use of an advanced cyclic plasticity model via built-in auxiliary functions.
Modely plasticity v konečnoprvkových kódech často nejsou schopny uspokojivě popsat fenomén cyklické plasticity. Vývoj uživatelsky definovaného modelu materiálu je náročný proces, zejména pak pro průmysl. Otevřený software Code_Aster je rychle se rozšiřující a vyvíjející program, schopný překonat výše popsaný problém s implementací modelu materiálu. V tomto článku byl studován typ modelu materiálu Chaboche s vývojem pravidel kinematického zpevnění a efektem neproporcionality a paměti přetvoření skrze kalibraci na slitině hliníku 2024-T351. Před kalibrací byla provedena citlivostní analýza pro zjištění, zda jsou všechny parametry modelu materiálu podstatné. Využití vestavěných rutin umožňuje kalibraci materiálových konstant bez nutnosti psaní optimalizačního skriptu, což je časově náročné. Získání parametrů s využitím vestavěných rutin je proto snadnější a umožňuje použití pokročilého modelování v praxi. Tři sady parametrů modelu materiálu byly získány s pomocí vestavěných rutin a výsledky porovnány s experimenty. Byla vyzdvižena kvalita kalibrace a byly popsány nedostatky. Použití modelu materiálu implementovaného v Code_Aster poskytlo relativně snadno dobré simulace pomocí využití pokročilého modelu cyklické plasticity skrze vestavěné pomocné funkce.

Keywords

Kinematické zpevnění Chaboche, model Armstrong–Frederick, izotropní zpevnění Voce, dvouosé napětí, ratcheting, víceosá únava, Chaboche kinematic hardening, Armstrong–Frederick model, Voce isotropic hardening, biaxial stress, ratcheting, multiaxial fatigue

Citation

Advances in Mechanical Engineering. 2019, vol. 11, issue 3, p. 1-14.
https://doi.org/10.1177/1687814019829982

Document type

Peer-reviewed

Document version

Published version

Language of document

en

Document licence

Creative Commons Attribution 4.0 International
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/