Computational and numerical analysis of ductile damage evolution under a load-unload tensile test in dual-phase steel - Anduquia-Restrepo, Juan (Strojniški vestnik, 2018)
Dvofazna (DP) jeklena pločevina je zelo razširjena v avtomobilski industriji. Material je sestavljen iz dveh faz: trdi otočki martenzita so vdelani v mehki feritni osnovi, s tem pa je zagotovljena želena kombinacija visoke trdnosti in dobre obdelovalnosti. Od nezdružljivosti faz pri velikih deformacijah je odvisna mehanika odpovedi dvofaznih jekel, po kateri se ta jekla razlikujejo od konvencionalnih jekel: razpoke v martenzitu, dekohezija na stiku martenzita in ferita ali kombinacija obeh pojavov. V tem kontekstu se za napovedovanje duktilne odpovedi uporablja teorija mehanike poškodb v kontinuumu (CDM), ki pojasnjuje duktilne poškodbe kot tristopenjski proces akumulacije plastičnih deformacij v materialu do odpovedi. Prvi korak je iniciacija poškodbe z nastajanjem mikroskopskih praznin med plastičnim tečenjem. Praznine nato rastejo z akumulacijo plastičnih deformacij v materialu, vse dokler ni doseženo kritično stanje, ko se začnejo praznine zraščati in nastopi popolna odpoved. Material tako popolnoma izgubi svojo nosilnost in nastopi duktilni zlom. V fazah začetka in razvoja poškodb je mogoče pridobiti boljši vpogled v mehanske lastnosti jekla kot zgolj z analizo lomne mehanike, ter opredeliti meje preoblikovanja za nadzor procesa proizvodnje jeklenih komponent. Glavni cilj predstavljene raziskave je karakterizacija poškodb jekla DP590 s kombinacijo numerične in eksperimentalne analize za ocenjevanje duktilne odpovedi brez dragih in zahtevnih mehanskih preizkusov. Proizvajalcem, ki se ukvarjajo s preoblikovanjem novih vrst jekel, bo tako omogočena zanesljiva identifikacija materialnih lastnosti s cikli obremenjevanja in razbremenjevanja na konvencionalnih strojih za enoosne natezne preizkuse. Najprej je za simulacijo duktilnih poškodb v skladu z rezultati eksperimentalnih preizkusov podan sklopljen elasto-plastični poškodbeni model po Lemaitreju v idealnih izotropnih pogojih. Formulirani so zakoni kinetike razvoja poškodb ob upoštevanju konstantne vrednosti triosnosti napetosti. Nato je razvit osnovni pristop z meritvami slabšanja togosti na podlagi enoosnih nateznih preizkusov s cikli obremenjevanja in razbremenjevanja gladkih pločevin. Eksperimentalno so določene naslednje mehanske lastnosti in parametri poškodb: zmanjšanje modula elastičnosti med procesom slabšanja %E , naravna meja plastičnosti %yo, končna napetost %u, poškodbena spremenljivka D, meja plastičnih deformacij za iniciacijo poškodbe % D p , obstojnost proti poškodbam S in kritična poškodba Dc. Nato je obravnavan kriterij za določanje diagrama resničnih napetosti in deformacij ob upoštevanju lokalnih napetosti po zožitvi pravokotnih preizkušancev. Za obravnavo mehanskih lastnosti po pojavu lokalnih zožitev je bila uporabljena Scheiderjeva rešitev. Rezultati so pokazali, da model omogoča dobro napovedovanje vedenja materiala v enoosnih nateznih preizkusih s cikli obremenjevanja in razbremenjevanja ob upoštevanju konstante triosnosti. Povprečna napaka rezultatov simulacije je bila minimalna. Poškodbeni model se dobro ujema z rezultati eksperimentalne analize mehanskega vedenja jekla DP590 v pogojih enoosne obremenitve. Predstavljeno metodologijo bi bilo mogoče neodvisno validirati ter jo izboljšati z upoštevanjem sprememb triosnega napetostnega stanja za replikacijo zahtevnejših napetostnih poti. To je nujno za določitev več kriterijev duktilnega zloma in upoštevanje vedenja materiala pri različnih napetostnih stanjih.
Keywords: continuum damage mechanics; dual-phase steels; dvofazna jekla; končne deformacije; load-unload test; mehanika poškodb v kontinuumu; napovedovanje duktilnih poškodb; pločevinasti preizkušanci; preizkus s cikli obremenjevanja in razbremenjevanja