31194

شبيه‌سازي كريستال پلاستيسيته در فرآيندهاي تغييرشكل پلاستيك شديد

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1400

1403/2/31

جناب آقاي دكتر صديقي

نداشتم

مهندسي مكانيك

سيمهاي آلومينيومي با قطرهاي مختلف، با توجه به كاربرد فراوانشان در صنايع گوناگون، به خصوص در صنعت انتقال توان الكتريكي، از اهميت بسزايي برخوردار بوده و درنتيجه، بهبود عملكرد آنها مورد توجه محققين و صنعتگران ميباشد. در سالهاي اخير، از روشهاي تغيير شكل پلاستيك شديد براي بهبود خواص مكانيكي اين سيمها استفاده شده است. يكي از موثرترين و قويترين روشها براي بررسي ريزساختار، استفاده از مدلهاي كريستال پلاستيسيته است. در اين پژوهش، تحولات ريزساختاري يك سيم آلومينيومي خالص تجاري با قطر 4 ميليمتر تحت بارگذاري پيچشي با استفاده از حلگر طيفي (FFT) نرم افزار داماسك مورد بررسي قرار مي گيرد. براي رسيدن به اين هدف، حل كريستال پلاستيسيته طيفي (CPFFT) بر روي يك نماينده المان حجمي با تعداد دانه 15 انجام ميشود. بافت اوليه غيرتصادفي به صورت اعداد چهاروجهي به نماينده المان حجمي اختصاص داده شده و سپس به كمك حل طيفي كريستال پلاستيسيته، اعداد چهاروجهي تغييرشكل يافته در اثر برش استخراج شد. با استفاده از بسته نرم افزاري MTEX موجود در MATLAB، اين اعداد به اشكال قطبي، اشكال قطبي معكوس و تابع توزيع جهت گيري دانه ها تبديل شده و ترسيم گرديد. صحت سنجي نتايج CPFFT به كمك نتايج تجربي آزمايش پراكنش الكترون برگشتي (EBSD) انجام شده است. مقايسه نتايج نمونه 𝜋 راديان چرخش نشان داد كه عناصر A_2^*، A و B از نتايج شكل قطبي و عنصر B ̅ از نتايج تابع توزيع جهت در هر دو نمونه آزمون هاي EBSD و CPFFT يكسان بوده است. علاوه بر آن، در بررسي شكل قطبي معكوس نتايج تجربي و شبيه سازي، تراكم بيشتر جهت كريستالي ]001[ پس از اعمال تغيير شكل برشي در هر دو نتايج مشاهده شده است. بنابراين، اين مشابهت هاي مشاهده شده از نتايج آزمايشات تجربي و شبيه سازي عددي، انطباق اين نتايج را نشان مي دهند. همچنين، استحكام نهايي سيم آلومينيومي تغييرشكل يافته در اثر اعمال بار پيچشي، نسبت به نمونه اوليه همان سيم، افزايش پيدا كرد كه اين مساله بهبود خواص مكانيكي سيم آلومينيومي تغييرشكل يافته را نشان مي دهد. همچنين در بررسي هاي سختي سنجي، افزايش سختي ميانگين در سطح نمونه تغييرشكل يافته، نسبت به نمونه بدون تغييرشكل مشاهده شده است.

1403/06/28

Crystal plasticity simulation in severe plastic deformation processes

1/1/1900 12:00:00 AM

Aluminum wires of varying diameters, due to their widespread application in various industries, particularly in electrical power transmission, hold significant importance. As a result, improving their performance has gained attention from researchers and industry professionals. In recent years, severe plastic deformation methods have been employed to enhance the mechanical properties of these wires. One of the most effective and powerful techniques for examining microstructure is the use of crystal plasticity models. In this study, the microstructural evolution of a commercially pure aluminum wire with a diameter of 4 mm under torsional loading is investigated using the spectral solver (FFT) of the DAMASK software. To achieve this, spectral crystal plasticity (CPFFT) was applied to a representative volume element (RVE) containing 15 grains. A non-random initial texture was assigned to the RVE in the form of quaternions, and then the deformed quaternions due to shear were extracted using the spectral crystal plasticity solver. Using the MTEX software package available in MATLAB, these numbers were converted into pole figures, inverse pole figures, and orientation distribution functions (ODFs), and then plotted. The CPFFT results were validated against experimental data from Electron Backscatter Diffraction (EBSD) tests. A comparison of the results for a sample with a rotation of π radians showed that the A, A_2^* and B components from the pole figure results, and the B̅ component from the ODF results, were consistent between the EBSD and CPFFT tests. Furthermore, in the inverse pole figure analysis of both experimental and simulation results, a higher intensity of the [001] crystal direction was observed after the application of shear deformation in both results. These similarities between the experimental and numerical simulation results demonstrate the agreement between the two. The ultimate strength of the aluminum wire, deformed under torsional loading, increased compared to the undeformed wire, indicating improved mechanical properties. Additionally, hardness tests revealed an increase in average hardness on the surface of the deformed sample compared to the undeformed sample.

كريستال پلاستيسيته , تغييرشكل پلاستيك شديد , تحولات ريزساختاري , روش طيفي

Crystal plasticity , severe plastic deformation , Microstructural evolution , spectral solver

Erfan Maddah

Dr.Mohammad Sedighi