Determining Johnson-Cook Constitutive Equation for Low-Carbon Steel via Taylor Anvil Test
Loading...
Date
2021-08-25
ORCID
Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
MDPI
Altmetrics
Abstract
Tristal steel is low-carbon construction-type steel widely used in the automotive industry, e.g., for braking components. Given the contemporary demands on the high-volume production of such components, these are typically fabricated using automatic sequential machines, which can produce components at strain rates up to 103 s1. For this reason, characterising the behaviour of the used material at high strain rates is of the utmost importance for successful industrial production. This study focuses on the characterisation of the behaviour of low-carbon steel via developing its material model using the Johnson-Cook constitutive equation. At first, the Taylor anvil test is performed. Subsequently, the acquired data together with the results of observations of structures and properties of the tested specimens are used to fill the necessary parameters into the equation. Finally, the developed equation is used to numerically simulate the Taylor anvil test and the predicted data is correlated with the experimentally acquired one. The results showed a satisfactory correlation of the experimental and predicted data; the deformed specimen region featured increased occurrence of dislocations, as well as higher hardness (its original value of 88 HV increased to more than 200 HV after testing), which corresponded to the predicted distributions of effective imposed strain and compressive stress.
Tristalová ocel je nízkouhlíková konstrukční ocel široce používaná v automobilovém průmyslu, např. pro brzdové komponenty. Vzhledem k současným požadavkům na velkosériovou výrobu těchto součástí se tyto součásti obvykle vyrábějí na automatických sekvenčních strojích, které mohou vyrábět součásti při rychlostech deformace až 103 s-1. Z tohoto důvodu je charakterizace chování použitého materiálu při vysokých rychlostech deformace pro úspěšnou průmyslovou výrobu nesmírně důležitá. Tato studie se zaměřuje na charakterizaci chování nízkouhlíkové oceli prostřednictvím vývoje jejího materiálového modelu s využitím Johnsonovy-Cookovy konstitutivní rovnice. Nejprve je provedena Taylorova zkouška na kovadlině. Následně jsou získaná data spolu s výsledky pozorování struktury a vlastností zkoušených vzorků použita k doplnění potřebných parametrů do rovnice. Nakonec je vytvořená rovnice použita k numerické simulaci Taylorovy kovadlinkové zkoušky a předpovězená data jsou korelována s experimentálně získanými daty. Výsledky ukázaly uspokojivou korelaci experimentálních a predikovaných dat; deformovaná oblast vzorku se vyznačovala zvýšeným výskytem dislokací a také vyšší tvrdostí (její původní hodnota 88 HV se po zkoušce zvýšila na více než 200 HV), což odpovídalo predikovaným rozložením efektivní vnucené deformace a tlakového napětí.
Tristalová ocel je nízkouhlíková konstrukční ocel široce používaná v automobilovém průmyslu, např. pro brzdové komponenty. Vzhledem k současným požadavkům na velkosériovou výrobu těchto součástí se tyto součásti obvykle vyrábějí na automatických sekvenčních strojích, které mohou vyrábět součásti při rychlostech deformace až 103 s-1. Z tohoto důvodu je charakterizace chování použitého materiálu při vysokých rychlostech deformace pro úspěšnou průmyslovou výrobu nesmírně důležitá. Tato studie se zaměřuje na charakterizaci chování nízkouhlíkové oceli prostřednictvím vývoje jejího materiálového modelu s využitím Johnsonovy-Cookovy konstitutivní rovnice. Nejprve je provedena Taylorova zkouška na kovadlině. Následně jsou získaná data spolu s výsledky pozorování struktury a vlastností zkoušených vzorků použita k doplnění potřebných parametrů do rovnice. Nakonec je vytvořená rovnice použita k numerické simulaci Taylorovy kovadlinkové zkoušky a předpovězená data jsou korelována s experimentálně získanými daty. Výsledky ukázaly uspokojivou korelaci experimentálních a predikovaných dat; deformovaná oblast vzorku se vyznačovala zvýšeným výskytem dislokací a také vyšší tvrdostí (její původní hodnota 88 HV se po zkoušce zvýšila na více než 200 HV), což odpovídalo predikovaným rozložením efektivní vnucené deformace a tlakového napětí.
Description
Citation
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en