Micromodelamiento del comportamiento mecánico de un acero doble fase empleando el modelo GTN

Hurtado Morales, Manuel Arturo

Micromodelamiento del comportamiento mecánico de un acero doble fase empleando el modelo GTN

Autores

Hurtado Morales, Manuel Arturo

Editor

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Director

Bohórquez Ávila, Carlos Arturo

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Resumen

In this paper, a dual-phase steel is micromodeled and its mechanical behavior is studied using the GTN (Gurson-Tvergaard-Needleman) failure model to predict porosity damage in the ductile phases in response to mechanical loading. The microstructure is generated using Neper software, which facilitates the creation of a polycrystal using statistical distributions in Voronoi tessellations. Based on data from the literature on dual-phase materials, a detailed representation of the phases present in the alloy is created. Once the microstructure is defined, the material is characterized in each of its phases using Ansys APDL software. This analysis focuses on adjusting the model parameters to accurately represent the mechanical behavior of the phases, comparing the values used by different authors in their studies on the Gurson model, as well as selecting an optimal element size, taking into account the sensitivity of the generated model to mesh variation. To represent the overall behavior of the steel under loading conditions, the generated geometry is subjected to a variable pressure, recording data related to stress, strain, and void volume percentage. A graphical representation of the results is then performed, allowing a visualization of the damage evolution as a function of the applied load and a variation analysis to determine the influence of the loading direction. Finally, the results obtained were compared with the experimental values reported in the literature. The conclusions indicated that the model was not the most optimal for predicting damage under the loading conditions studied, as the relative error obtained was greater than expected. This suggests that, although the model is useful for simulating certain aspects of the material's behavior, it does not accurately reflect damage evolution in all cases. However, despite these limitations, the micromodeling approach using the GTN model provided a reasonable representation of the behavior of dual-phase steel and opened the door for future research to optimize the representation of this kind of material.

Descripción

En este documento, se lleva a cabo el micromodelado de un acero doble fase y el estudio del comportamiento mecánico de este utilizando el modelo de falla GTN (Gurson-Tvergaard-Needleman) para predecir el daño por porosidad de las fases dúctiles en respuesta de cargas mecánicas. Para la generación de la microestructura, se emplea el software Neper, que facilita la creación de un policristal mediante distribuciones estadísticas en teselaciones de Voronoi, basándose en datos provenientes de la literatura sobre materiales doble fase se crea una representación detallada de las fases presentes en la aleación. Una vez definida la microestructura, se lleva a cabo la caracterización del material en cada una de sus fases mediante el software Ansys APDL. Este análisis se enfoca en ajustar los parámetros del modelo permitiendo una representación precisa del comportamiento mecánico de las fases, comparando los valores utilizados por diferentes autores en sus estudios sobre el modelo de Gurson, así como también, la selección de un tamaño de elementos optimo considerando la sensibilidad del modelo generado a la variación del enmallado. Para representar el comportamiento global del acero bajo condiciones de carga, se somete la geometría generada a una presión variable, registrando los datos relativos al esfuerzo, la deformación y el porcentaje de volumen de vacío. Posteriormente, se realiza una representación gráfica de los resultados obtenidos, lo que permite una visualización de la evolución del daño en función de la carga aplicada y un análisis de variación para determinar la influencia de la dirección de carga. Finalmente, se compararon los resultados obtenidos con los valores experimentales reportados en la bibliografía, las conclusiones indicaron que el modelo no resultó ser el más óptimo para predecir el daño bajo las condiciones de carga estudiadas ya que el error relativo obtenido fue mayor al esperado, lo que sugiere que, aunque el modelo es útil para simular ciertos aspectos del comportamiento del material, no refleja con suficiente precisión la evolución del daño en todos los casos. Sin embargo, a pesar de estas limitaciones, el enfoque de micromodelado utilizando el modelo GTN proporcionó una representación razonable del comportamiento del acero de doble fase y dejó abierta la posibilidad de futuras investigaciones que puedan optimizar la representación este tipo de materiales.

Palabras clave

Neper, Ansys, Acero doble fase, GTN, modelo de Gurson, nucleación, coalescencia, microvacíos, micromodelamiento

Materias

Ingeniería Mecánica -- Tesis y disertaciones académicas

URI

http://hdl.handle.net/11349/99594

Colecciones

Ingeniería Mecánica

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Micromodelamiento del comportamiento mecánico de un acero doble fase empleando el modelo GTN

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