Modeling the roles of micro-deformation mechanisms on the deformation response of high-manganese austenitic steel single and polycrystals deformed under tensile and impact loading
Çekme ve darbe yükleri altındaki tek ve çok kristalli yüksek manganlı östenitik çeliklerde mikro-deformasyon mekanizmalarının deformasyon davranışındaki rollerinin modellenmesi
- Tez No: 397272
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DEMİRCAN CANADİNÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 69
Özet
Burada sunulan çalışmanın amacı, monoton ve darbe yükleri altındaki tek ve çok kristalli yüksek manganezli östenitik çeliklerin makro-deformasyon davranışlarına etki eden mikro-deformasyon mekanizmalarının rollerinin modellenmesidir. Bu çalışmanın ilk bölümü, Twinning Induced Palsticity (TWIP) çeliklerinde ikizleme ve kayma-ikizleme etkileşimlerinin deformasyon davranışındaki üzerindeki tekil rollerini kristal plastisite yaklaşımıyla açıklamaktadır. [100], [110] ve [216] yönelimli tek kristal ve çok kristalli TWIP çeliği örneklerinin oda sıcaklığındaki plastik deformasyonu ve pekleşme kanunu deneysel ve nümerik metotlar kullanılarak incelenmiştir. Geçirim elektron mikroskop (TEM) sonuçları, toplam ikiz hacim yüzdesine katkısı az olan oldukça ince ikizlerin ölçek olarak değişiklik gösterdiğini, birbirleriyle ve dislokasyonlarla etkileşim halinde olarak malzemenin işlem sertleşme kapasitesini arttırdığını açığa çıkartmıştır. Uygun makroskopik deformasyon davranışını öngörmek için kayma-ikizleme ve dislokasyon-tane sınırı etkileşimlerinin önemli katkılarını içeren özgün bir gerinim sertleşmesi kanunu önerilmiştir. Önerilen pekleşme şeması visko-plastik kendinle uyumlu (VPSC) kristal plastisite algoritmasına dahil edilmiş ve model başarıyla makroskopik deformasyon davranışını öngörmüştür. Daha önemlisi, mevcut bulgular ikizleme ve kayma-ikizleme etkileşimlerinin toplam işlem sertleşme kapasitesi üzerindeki tekil katkılarına ışık tutmuştur. İkinci bölümde, gerinim duyarlı yüksek manganezli östenitik çeliğin darbe yükü altındaki davranışını öngörmek için çok-ölçekli modelleme yöntemi kullanılmıştır. Kristal plastisite ve sonlu elemanlar (FE) analizi birleştirilerek malzemedeki doku, geometri ve gerinim duyarlılığının rolleri aynı anda dikkate alınmıştır. Spesifik olarak, farklı gerinim hızlarında deneysel tek eksenli çekme yüklemesi verilerine dayalı çok eksenli akma kuralını elde etmek için kristal plastisite kullanılmıştır. Eşdeğer gerilim-eşdeğer gerinim davranışları darbe yüklemesi altıdaki pekleşme kuralını daha iyi temsil etmek adına FE modeline dâhil edilmiştir. Mevcut bulgular, kristal plastisite ve FE analizlerinin uygun eşleştirilmesi sonucu; malzemenin deneysel akma kuralı darbe yüklemesine oranla dikkate değer düşüklükteki orta dereceli gerinim hızında ve tek eksenli yükeleme altında elde edilse dahi güvenilir sonuçlar verdiğini göstermiştir. Buna ek olarak, mevcut sonuçlar sağlıklı darbe davranışını öngörüsü için deneye dayalı çok ölçekli modelleme yönteminin gerekliliğini kanıtlamıştır.
Özet (Çeviri)
The aim of the work presented herein is to model the roles of micro-deformation mechanisms on the deformation response of high-manganese austenitic steel single and polycrystals deformed under tensile and impact loading. The first part of this study uncovers the individual roles of twinning and slip-twin interactions on the deformation response of twinning induced plasticity steels (TWIP) utilizing a crystal plasticity approach. The plastic deformation mechanisms active in and the strain hardening behaviors of [100], [110] and [216] oriented single crystalline and polycrystalline TWIP samples were investigated at room temperature utilizing combined experimental and numerical methods. Transmission electron microscopy results revealed that very fine twins with a low contribution to the overall twin volume fraction vary in length scales, and interact with each other and dislocations, enhancing the work hardening capacity of the material. In order to predict the corresponding macroscopic deformation response, a novel strain hardening law was proposed, which accounts for the important contributions of slip-twin and grain boundary - dislocation interactions on the strain hardening response. The proposed hardening scheme was implemented into visco-plastic self-consistent crystal plasticity algorithm, and the model successfully predicted the macroscopic deformation response. More importantly, the current findings shed light onto the individual contributions of twinning and slip-twin interactions on the overall work hardening capacity of TWIP steels. In the second part, a multi-scale modeling approach was applied to predict the impact response of strain rate sensitive high-manganese austenitic steel. The roles of texture, geometry and strain rate sensitivity were successfully taken into account all at once by coupling crystal plasticity and finite element (FE) analysis. Specifically, crystal plasticity was utilized to obtain the multi-axial flow rule at different strain rates based on the experimental deformation response under uniaxial tensile loading. The equivalent stress – equivalent strain response was then incorporated into the FE model for the sake of a more representative hardening rule under impact loading. The current results demonstrate that reliable predictions can be obtained by proper coupling of crystal plasticity and FE analysis even if the experimental flow rule of the material is acquired under uniaxial loading and at moderate strain rates that are significantly slower than those attained during impact loading. Furthermore, the current findings also demonstrate the need for an experiment-based multiscale modeling approach for the sake of reliable predictions of the impact response.
Benzer Tezler
- Utilizing multi-scale modeling and experimentation to uncover the role of micro-deformation mechanisms on the performance of high-strength steels
Mikro deformasyon mekanizmalarının yüksek mukavemetli çeliklerin performansına etkilerinin çok ölçekli modelleme ve deneysel yöntemlerle belirlenmesi
BURAK BAL
Doktora
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEMİRCAN CANADİNÇ
- Computational and experimental investigation of the critical role of twinning on the plastic deformation of highmanganese austenitic steels and pseudoelasticity of niti shape memory alloys
İkizlemenin yüksek manganlı östenitik çeliklerin plastik deformasyonu ve niti şekil hafıza alaşımlarının süperelastisitesi üzerindeki krıtik rolünün sayısal ve deneysel incelemesi
BERKAY GÜMÜŞ
Doktora
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEMİRCAN CANADİNÇ
- Multi-scale deformation and failure prediction of polycrystalline metals: A case study on impact and localization
Polikristal metallerin farklı ölçeklerde deformasyon ve kırılma öngörüsü: Darbe ve lokalizasyon üzerine vaka çalışması
MORAD MIRZAJANZADEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. DEMİRCAN CANADİNÇ
- Tekrarlı yükler etkisindeki bölme duvarların çimento esaslı tekstil kompozitlerle iyileştirme yöntemlerinin geliştirilmesi
Improving retrofitting methods for partition walls under lateral cyclic loading using cement based textile composites
DİDEM DÖNMEZ
Doktora
Türkçe
2021
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA GENÇOĞLU
- Yumuşak kilde zamana bağlı davranışın mikromekanik olarak modellenmesi
Microstructural modelling of the time dependent behaviour of soft clay
İBRAHİM YİĞİT
Doktora
Türkçe
2014
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAFİYE FEYZA ÇİNİCİOĞLU