تحلیل میکرومکانیک مدل خرابی فولادهای دوفازی تحت بارگذاری کششی با استفاده از المان‌های حجمی نماینده دوبعدی و سه‌بعدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی هوافضا- دانشگاه صنعتی امیرکبیر-تهران-ایران

2 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

فولادهای دوفازی از دو فاز نرم فریت و فاز سخت مارتنزیت که در فاز فریت پراکنده‌شده است، تشکیل‌شده‌اند. درگذشته محققین به تحلیل سازوکار شکست فولادهای دوفازی پرداخته‌اند و نمونه‌های تحت کشش تک‌محوره را با استفاده از المان حجمی نماینده دوبعدی مدل کرده‌اند. با توجه به اینکه در المان حجمی نماینده دوبعدی فرضیات ساده کننده‌ای انجام می‌شود، برای تحلیل دقیق‌تر سازوکار های شکست، تحلیل‌های سه‌بعدی المان حجمی نماینده می‌توانند موردتوجه باشند. در این تحقیق به مقایسه‌ی رفتار میکرومکانیکی و سازوکار های خرابی و شکست نمونه‌هایی، با نسبت ضخامت به عرض متفاوت با استفاده از المان حجمی نماینده دوبعدی و سه‌بعدی با استفاده از روش المان‌های محدود پرداخته‌شده است. در این پژوهش آزمایش‌ها در سه مرحله شروع گلویی شدن، پس از گلویی شدن و شکست نهایی تحت کشش تک‌محوره انجام‌شده است و از عکس‌های متالوگرافی و میکروسکوپ الکترونی نیز برای بررسی الگوی تغییر شکل و سازوکار شکست استفاده‌شده است. همچنین با توجه به شکل تقریبی کروی حفره‌ها که در نتایج تجربی مشاهده‌شده و مقایسه‌ی آن با نتایج عددی به‌دست‌آمده از المان حجمی نماینده سه بعدی، محلی شدن تنش هیدرواستاتیکی به‌عنوان نشان‌دهنده محل شکل گیری حفره‌ها در حالت سه‌بعدی در نظر گرفته‌شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Micromechanical failure analysis and tensile behavior of dual phase steel using 2D and 3D RVEs

نویسندگان [English]

  • Behnam Anbarlooie 1
  • Majid Hosseini 2
  • Hossein Hosseini-Toudeshky 1
1 Department of aerospace engineering- Amirkabir university of technology
2 Department of Aerospace and Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Dual phase (DP) steels contain of soft ferrite and hard martensite phases. The features of these steels are high strength and ductility that make them attractive especially in the automotive industries and related fields. In the past, researches were conducted to analyze the behavior of DP steels based on the micromechanical and macro mechanical simulation using two-dimensional RVEs . The researchers have analyzed the failure mechanism of DP steel using simulation of uniaxial tensile test based on 2D RVE. Analysis of 3D RVE can be considered for more detailed investigation of failure mechanisms and modification of 2D RVEs. In this paper, prediction of deformation pattern and damage mechanisms of DP steels and failure of specimens are performed at micro scale using finite elements (FE) method. Metallographic and SEM images at three different loads ((i) necking, (ii) after necking, and (iii) failure point) were used to investigate the deformation pattern and failure mechanisms at micro scale. On the other hand the effect of various factors such as 2D and 3D RVEs, mesh size, consideration of large and small deformation theories in FE analyses and also effect of volume fraction of martensite phase on the mechanical properties are examined.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dual phase steel
  • stress–strain behavior
  • 3D RVE
  • Microstructure
  • FEM

مراجع

[1] Rashid, M. S. "Dual phase steels." Annual Review of Materials Science 11.1 (1981): 245-266.
[2] Hosseini-Toudeshky, Hossein, et al. "Microstructural deformation pattern and mechanical behavior analyses of DP600 dual phase steel." Materials Science and Engineering: A 600 (2014): 108-121.
[3] Hosseini-Toudeshky, H., B. Anbarlooie, and J. Kadkhodapour. "Micromechanics stress–strain behavior prediction of dual phase steel considering plasticity and grain boundaries debonding." Materials & Design 68 (2015): 167-176.
[4] Ohata, Mitsuru, et al. "3D-Simulation of ductile failure in two-phase structural steel with heterogeneous microstructure." Engineering Fracture Mechanics 77.2 (2010): 277-284.
[5] Ramazani, A., et al. "Characterization and modelling of failure initiation in DP steel." Computational materials science 75 (2013): 35-44.
 [6] Paul, Surajit Kumar. "Real microstructure based micromechanical model to simulate microstructural level deformation behavior and failure initiation in DP 590 steel." Materials & Design 44 (2013): 397-406.
[7] Ghadbeigi, H., et al. "Local plastic strain evolution in a high strength dual-phase steel." Materials Science and Engineering: A 527.18 (2010): 5026-5032.
[8] Tasan, C. C., J. P. M. Hoefnagels, and M. G. D. Geers. "Microstructural banding effects clarified through micrographic digital image correlation." Scripta Materialia 62.11 (2010): 835-838.
[9] Kadkhodapour, J., et al. "Simulation of shear failure in dual phase steels using localization criteria and experimental observation." Computational Materials Science 94 (2014): 106-113.
[10] Kadkhodapour, J., et al. "Experimental and numerical study on geometrically necessary dislocations and non-homogeneous mechanical properties of the ferrite phase in dual phase steels." Acta Materialia 59.11 (2011): 4387-4394.
[11] Paul, Surajit Kumar, and Abhay Kumar. "Micromechanics based modeling to predict flow behavior and plastic strain localization of dual phase steels." Computational Materials Science 63 (2012): 66-74.
[12] Sun, Xin, et al. "Predicting failure modes and ductility of dual phase steels using plastic strain localization." International Journal of Plasticity 25.10 (2009): 1888-1909.
[13] Hosseini-Toudeshky, H., and M. Jamalian. "Simulation of micromechanical damage to obtain mechanical properties of bimodal Al using XFEM." Mechanics of Materials 89 (2015): 229-240.
[14] Sirinakorn, T., S. Wongwises, and V. Uthaisangsuk. "A study of local deformation and damage of dual phase steel." Materials & Design 64 (2014): 729-742.
[15] Thomser, Corinna, and W. Bleck. Modelling of the mechanical properties of Dual Phase steels based on microstructure. Shaker Verlag GmbH, 2009.
[16] Ayatollahi, M. R., et al. "3D Micromechanical Modeling of Failure and Damage Evolution in Dual Phase Steel Based on a Real 2D Microstructure." Acta Mechanica Solida Sinica 29.1 (2016): 95-110.
[17] Uthaisangsuk, V., U. Prahl, and W. Bleck. "Modelling of damage and failure in multiphase high strength DP and TRIP steels." Engineering Fracture Mechanics 78.3 (2011): 469-486.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 51، شماره 3
مرداد و شهریور 1398
صفحه 21-30

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار