Developing a physics-based model within a crystal plasticity finite element framework to analyze texture evolution and deformation heterogeneity in dual-phase steel materials
Çift fazlı çelik malzemelerde doku evrimini ve deformasyon heterojenliğini analiz etmek için bir kristal plastisite sonlu eleman çerçevesi içinde fizik tabanlı bir model geliştirme
- Tez No: 854319
- Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM BURÇ MISIRLIOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mühendislik ve Doğa Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 252
Özet
Araştırmanın ilk aşamasında, vücut merkezli kübik (VMK) malzemelerin karmaşık mekanik davranışını anlamak için bir kırılma yoğunluğuna dayalı kristal plastisite modeli geliştirildi. Model, üç terimli projeksiyon operatörlerini kullanarak non-Schmid etkilerini içeriyordu. Modelin değerlendirilmesi için çeşitli kristal yönelimleri, sıcaklıklar ve gerilme hızları altında elde edilen sayısal sonuçlar, literatürde rapor edilen karşılık gelen deneysel sonuçlarla karşılaştırıldı. Modelin VMK yapısının ayırt edici özelliklerinden biri olan gerilme-sıkışma asimetrisini yakalama yeteneği de incelendi. Simülasyonlar farklı ölçeklerde gerçekleştirildi. Sonuçlara göre model, deneysel olarak gözlemlenen gerilmegerinme eğrilerini doğru bir şekilde simüle edebilir ve α-demirin akma gerilmelerindeki gerilme-sıkışma asimetrisini açıklayabilir. Çalışmanın ikinci aşamasında, ilk aşamadaki düzenleme çift faz özelliklerini içerecek şekilde geliştirildi. Bu amaçla, sayısal modelde martensit faz etkilerini temsil etmek üzere izotropik (J2) plastisite bir alt programı geliştirildi. Daha sonra, bu alt program, martensit ve ferrit fazlarının toplu tepkisini simüle etmek için yoğunluk tabanlı kristal plastisite sonlu eleman modeli (CPFEM) ile birleştirildi ve çift fazlı çelik 600 (DP600) üzerinde uygulandı. DP alaşımının faz alan yüzdesi, kristalografik tahıl yönelimi ve malzemenin temsilci birim hacmini oluşturmak için elektron geri saçılma difraksiyonu (EBSD) yöntemi kullanılarak deneysel olarak elde edilen veriler, tek katmanlı temsilci hacim öğesi (RVE) oluşturmak için uygulandı. Ayrıca, şema sentetik modellerle uygulanarak simülasyon çıktılarının evrimini, kırılma yoğunluğunu, deformasyonun bastırılmasını, yük bölümlemesini ve stres akışının kesilmesini göstermek için kullanılır. Martensit geometrik konumunun odaklandığı bantlama sorunu üzerindeki etkisi, çift fazlı çelikte gerilme yerelleşmesi ve nihayetinde genel sertleşme davranışı üzerine incelenir. Modelin gerçek gerilme tepkisini yakalama güvenilirliğini değerlendirmek için literatürde benzer bir malzeme üzerinde gerçekleştirilen deneysel bir çalışma kullanılır. Sonuçta modelin gerilme dağılımı ve yerelleşmesi, rapor edilen deney ile karşılaştırılır ve analiz edilir. Sonuçlarımız, martensit fazının plastik deformasyonu azaltarak alaşımın stres ve gerinme dağılımında önemli bir rol oynadığını gösterdi. DP yapısındaki ferrit tanelerinin misorientasyon evrimi, sonuç dosyalarını işleme alarak çıkarılır ve komşu martensit bölgelerinin ferrit fazı üzerindeki 4 sınırlayıcı etkisini ve plastisite üzerindeki etkisini ortaya koyar. Sonuçlar, martensit fazının varlığının stres dağılımında önemli heterojenliklere, misorientasyon polarizasyonunda artışa ve sertleşmeye neden olduğunu göstermektedir. Sonuç olarak, bu çalışmada geliştirilen hibrit simülasyon şeması, DP çeliklerin plastik deformasyon davranışındaki etkili mikroyapısal faktörlere, özellikle retexturing tepkisine ve çeşitli yük koşulları altında martensit fazının ferrit plastisitesine etkisine net bir içgörü sağlar.
Özet (Çeviri)
In the first phase of the research a crystal plasticity model based on dislocation density was developed to understand the complex mechanical behavior of body-centered cubic (BCC) materials. The model incorporated non-Schmid effects using three-term projection operators. To evaluate the model, numerical results obtained under various crystal orientations, temperatures, and strain rates were compared with the corresponding experimental results reported in the literature. The capacity of the model to capture tension-compression asymmetry as one of the distinctive features of the BCC structure was also examined. Simulations were implemented at different scales. According to the results the model could accurately simulate the experimentally observed stress-strain curves and explain the tension-compression asymmetry in the flow stresses of α-iron. In the second phase of the study, the scheme from the first phase was enhanced to feature dual phase properties. For this purpose, an isotropic (J2) plasticity subroutine was developed to represent martensite phase effects in the numerical model. It was subsequently combined with the density-based crystal plasticity finite element model (CPFEM), to simulate martensite and ferrite phases collective response in a dual phase 2 steel 600 (DP600). Data on the phase area fraction, crystallographic grain orientation, and microstructural texture of a sample of the DP alloy were obtained experimentally using the electron backscattered diffraction (EBSD) method and were applied to create a singlelayer representative volume element (RVE) of the material. Furthermore, the scheme is applied with synthetic models to demonstrate the evolution of simulation outputs, including dislocation density, suppression of deformation, load partitioning, and interruption of stress flow. The effect of martensite geometrical deployment with focus on banding issue on the strain localization and eventually overall hardening behavior of the dual phase steel is investigated. To evaluate the model's reliability in capturing the actual strain response, an experimental study conducted on a similar material from the literature is used. The resultant strain distribution and localization of our model are compared and analyzed against the reported experiment. Our results showed that the martensite phase plays an important role in the stress and strain distribution in the alloy by reducing plastic deformation. The misorientation evolution of the ferrite grains in a DP structure is extracted by post processing the result files, revealing the restrictive influence of the neighboring martensite regions on the ferrite phase and its impact on plasticity. The results indicate that the presence of the martensite phase leads to considerable heterogeneity in the stress distribution, an increase in misorientation polarization, and strain hardening. Ultimately, the hybrid simulation scheme that is developed in this study provides a clear insight into the effective microstructural factors in the plastic deformation behavior of DP steels, specifically the retexturing response and the effect of the martensite phase on ferrite plasticity under various loading conditions.
Benzer Tezler
- Silisyumun yönlü aşındırılması ve mikroalgılayıcılar
Anisotropic etching of silicon and microsensors
F.ALİ ALDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. DURAN LEBLEBİCİ
- Çok-doğruluklu temsili modelleme ile aeroelastik tasarım optimizasyonu uygulaması
Implementation of an aeroelastic design optimization with multi-fidelity surrogate modelling
ENES ÇAKMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİKE NİKBAY
- Metamaterial based transmission lines and their applications on matching circuits
Metamateryal temelli iletim hatları ve uydurma devresi uygulamaları
TOLOGON KARATAEV
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ GÜNEŞ
- Unity 3d oyun ortamında akıllı ajanlar ile kaçma-kovalama oyun tasarımı
Design of a pursuit-evasion game with intelligent agents in the unity 3d game-environment
İHSAN ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUFAN KUMBASAR