Identyfikacja kryteriów pękania plastycznego w oparciu o wyniki badań doświadczalnych

Abstract

This work concerns the crack modeling during forming processes. Material resistance to cracking can be determined experimentally or by numerical simulations of the test process using the selected criterion of cracking or by using more complex models such as xFEM or CAFE. The aim of this study was to develop a fracture criterion which depends on material parameters and process parameters. The criterion would calculate start time of cracks more accurate than typical fracture criteria. For this purpose used experimental data from the SICO and upsetting test for Inconel and stainless 15HG2VCu. FEM software was used to simulate these tests. In the next stage of work was performed correlation analysis and the significance of material parameters and process parameters on the Oyane and Latham-Cockcroft criteria. On this basis were select parameters that should be included in the new fracture criterion. Based on data from experiments and simulations were performed inverse analysis, which determined parameter values in the new fracture criterion, which depends of deformation, stress, temperature and strain rate. The new criteria were used to predict the beginning of the cracks in the process of forging blades for engines and in the production of seamless tubes.

Praca ta dotyczy modelowania pękania w trakcie przeróbki plastycznej. Podatność materiału na pękanie można wyznaczyć doświadczalnie lub poprzez symulacje numeryczne badanego procesu za pomocą wybranego kryterium pękania lub poprzez wykorzystanie bardziej złożonych modeli takich jak xFEM lub CAFE. Celem pracy było opracowanie kryterium pękania zależnego od parametrów materiałowych odkształcanego materiału oraz od parametrów procesu, które pozwoliłoby na dokładniejsze określenie momentu, w którym doszło do zapoczątkowania procesu pękania podczas procesów przeróbki plastycznej. W tym celu wykorzystano dane doświadczalne z próby SICO i próby spęczania dla stopu Inconel oraz stali 15HG2VCu. Za pomocą pakietów MES opracowano symulację tych prób. W dalszej kolejności wykonano analizę korelacji i istotności parametrów materiałowych oraz parametrów procesów na wartości kryteriów Oyane i Lathama-Cockcrofta. Na tej podstawie wybrano parametry, które powinny się znaleźć w nowym kryterium pękania. Na podstawie danych z doświadczenia i symulacji przeprowadzono analizę odwrotną i określono wartości parametrów w nowym kryterium pękania uzależnionego od odkształcenia, naprężenia, temperatury i prędkości odkształcenia. Nowe kryteria zostały wykorzystane do przewidywania początku pęknięcia w procesie kucia łopatek do silników oraz w procesie wytwarzania rur bez szwu na walcarce skośnej.