Numerical analysis of anisotropic yield behaviorof single-phase titanium aluminide constituents γTiAl and α2-Ti3Al by means of finite elementmodels based on crystal plasticity theory
Tek fazlı titanyum alüminyum bileşenleri γ-TiAl ve α2-Ti3Al'in anizotropik akma davranışının kristal plastisite teorisine dayalı sonlu eleman modelleri aracılığıyla nümerik analizi
- Tez No: 786616
- Danışmanlar: PROF. DR. MARİON BARTSCH, PROF. DR. ALEXANDER HARTMAİER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ruhr-Universität Bochum
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 94
Özet
İki fazlı (γ-TiAl + α2-Ti3Al) lamelli TiAl alaşımı, sünek γ-TiAl (FCT) fazının ve kırılgan α2-Ti3Al (HCP) fazının yerel anizotropisinden kaynaklanan anizotropik davranış gösterir. Tek eksenli gerilme altında lamelli TiAl'in akma anizotropisi, lamelli oryantasyonu ile ilgili deformasyon davranışını anlamak için birçok çalışmada araştırılmıştır. Ancak, tek fazlı anizotropinin genel tek eksenli anizotropik tepkiye katkıları hakkında kapsamlı çalışmalar yapılmamıştır. Bu bilgi, makroskopik deformasyon davranışında yerel fazların rolünü anlamak ve sonuçta yüksek performanslı TiAl alaşımının tasarımı için bir ön koşul olan mikroyapı-özellik arasında iyi bir korelasyon kurmak için gereklidir. TiAl alaşımının anizotropisi hakkında derinlemesine bilgi edinmek amacıyla, tek fazlı γ-TiAl ve α2-Ti3Al'in yerel anizotropisi nümerik olarak incelenmiştir. Klasik kayma tabanlı Kristal Plastisite Sonlu Elemanlar Modeli (CPFEM) kullanılarak, farklı yük oryantasyonu uygulamaları altında tek fazlı α2-Ti3Al ve γ-TiAl birim hücrelerinin deformasyonu simüle edilmiştir. Bu birim hücre modelleriyle, XY düzlemi boyunca farklı yük açıları için tek eksenli gerilme altındaki akma gerilmeleri simüle edilmiş ve akma yüzeyinin XY düzlemi üzerindeki iki boyutlu izdüşümü olarak gösterilmiştir. Ardından, fazların anizotropik akma tepkisini görmek için akma yüzeyleri değerlendirilmiştir. Gömülü tek fazlı bir hacmin deformasyon davranışını elde etmek için periyodik sınır şartı uygulanmıştır. α2-Ti3Al ve γ-TiAl fazlarındaki kayma sistemlerinin CP parametreleri literatürden alınmıştır: elastik deformasyon için ab-initio hesaplamalarının sonuçları mevcutken, akma davranışı için farklı oryantasyonlu PST kristalleri üzerindeki tek eksenli çekme testlerinden elde edilen deneysel veriler kullanılmıştır. Aktif kayma sistemlerinin sünek γ-TiAl ve kırılgan α2-Ti3Al fazlarının anizotropik deformasyonu üzerindeki rolü ayrıntılı olarak incelenmiştir. Kayma sistemlerinin aktivasyonları, farklı kaymaların CP parametrelerini değiştirerek yapılan parametrik analiz sayesinde incelenmiştir. Bu analizler sayesinde, yükleme açılarının kayma aktivitesini nasıl etkilediği ve yerel deformasyonun bu fazların akma yüzeylerini nasıl etkilediği bulunabilir. Ayrıca, tek fazların akma yüzeyleri iki fazlı lamelli TiAl'in (PST kristali) akma yüzeyi ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma, tek fazların yerel anizotropisinin iki fazlı TiAl sistemlerinin makroskopik akma-anizotropisini nasıl etkilediğinin net bir şekilde anlaşılmasını sağlar. Bu tez çalışmasında sunulan ayrıntılı araştırma, yük açılarına bağlı CP parametrelerinin rolü (dolayısıyla kayma etkinliği), tek fazların akma anizotropisinin şekli (doğası) ve iki fazlı TiAl'in kolektif anizotropik tepkisi arasındaki korelasyonları aydınlatmaktadır.
Özet (Çeviri)
Two-phase (γ-TiAl + α2Ti3Al) lamellar TiAl alloy shows anisotropic behavior which resulted from the local anisotropy of the ductile γ-TiAl (FCT) phase and brittle α2Ti3Al (HCP) phase. The yield anisotropy of lamellar TiAl under uniaxial loading has been investigated in many studies to understand the deformation behavior with respect to lamellar orientation. However, the contribution of single-phase anisotropy on the overall uniaxial anisotropic response has not been well studied. This information is needed to understand the role of local phases in the macroscopic deformation behavior in order to establish a good correlation of the microstructure-property, which eventually is a prerequisite for the design of high performance TiAl alloy. Aiming to get an in-depth knowledge of the anisotropy of the TiAl alloy, the local anisotropy of single phases, γ-TiAl and α2Ti3Al, has been numerically investigated. Using a classical slip-based Crystal Plasticity FE model (CPFEM), the deformation of the TiAl phases under different load-orientation has been simulated. Then, the yield surfaces were evaluated to see the anisotropic yield response of the phases. The role of active slip systems on the anisotropic deformation for the ductile γ-TiAl and brittle α2Ti3Al phase has been investigated in detail. The activations of slip systems were studied using parametric analysis by varying CP parameters of different slips. By these analyses, one may find how the loading angles influence the slip activity, and how the local deformation influences the yield surfaces of these phases. Further, the yield surfaces of the single phases were compared with the yield surface of two-phase TiAl. This comparison gives a clear understanding of how the local anisotropy of the single phases influences the anisotropy of the two-phase TiAl systems. The detailed investigation presented in this thesis work illuminates the correlations between the role of CP parameters (hence, the slip activity) due to load angles, the shape (nature) of anisotropic yield of single phases, and the collective anisotropic response of two-phase TiAl.
Benzer Tezler
- Modeling transient flow in fractured shale reservoirs
Çatlaklı şeyl rezervuarlarında kararsız akış modellemesi
UFUK KILIÇASLAN
Doktora
İngilizce
2021
Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERHAT AKIN
- Kazı ve kazık problemlerinin sonlu elemanlar metodu yardımı ile çözümü
Solution of excavation and piles problems using by finite element method
BÜLENT AYDIN
- Application of meshless RBF collocation methods to neutron diffusion and transport
Ağsız RBF kollokasyon yöntemlerinin nötron difüzyon ve transportuna uygulanması
TAYFUN TANBAY
Doktora
İngilizce
2016
Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLGE ÖZGENER
- Zemin mühendisliğinde gerilme şekil değiştirme davranışının sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Stress-strain analysis by finite element method in geotechnical engineering
ELİF YILMAZ
