Skip to main content
SUPERVISOR
محسن اسدی اسدآبادی (استاد مشاور) سعید ضیائی راد (استاد راهنما) جواد کدخداپور (استاد مشاور)
 
STUDENT
Seyed Amir Moyed Alaie
سیدامیر مویداعلائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388

TITLE

Experimenytal and numerical analysis of damage mechanisms in DP600 Steels under uniaxial and biaxial static loading
In this study the key factors in the creation and coalescence of strain localization regions in dual-phase steels were investigated. An in-situ tensile setup was used to follow the microscopic deformation of ferrite phase inside the microstructure of DP600 steel. The test was continued until the specimen was very close to final failure. The captured scanning electron microscopy (SEM) micrographs enabled us to directly observe the evolution of deformation bands as a contour of strain distribution in the ferrite matrix. Furthermore, the microscopic deformation behavior of DP600 dual phase (DP) steel under equi-biaxial loading was investigated. A biaxial in-situ test setup was designed and employed inside a scanning electron microscope. Using the digital image correlation method, the ferrite microscopic strains were quantified in the captured micrographs. The SEM image that was captured during the in-situ tensile test was further used in a finite element dislocation density model, based on which the similarities and differences between the experimental and simulation results were discussed. A parametric study was then performed to gain deeper insights on the effect of martensite grain size on the strain localization of the neighboring ferrite. Furthermore, using the experimental results, the localization of strain inside the high deformational fields before the final failure was discussed. The behavior of voids and initial defects inside the localization bands was also studied. The results revealed important deformational characteristics of the microstructure at the microscopic level. Also, the formation and coalescence of deformation bands inside the microstructure under the biaxial loading was studied. Furthermore, to clarify the differences between uniaxial and biaxial stretching, the effects of biaxial loading on damage mechanisms of DP steels were discussed. Keywords: Micromechanics; dual phase steel; in-situ testing; plastic strain localization; biaxial loading
فولاد دو فازی فریتی- مارتنزیتی، فولادهایی با ریزساختار متشکل از زمینه فریتی می باشد که دانه های مارتنزیت به‌صورت یک فاز سخت در بین دانه های فریتی پراکنده شده اند. در این تحقیق، پدیده ایجاد مناطق کرنش موضعی و به دنبال آن، تشکیل باندهای برشی در فاز فریت در فولاد دوفازی DP600، در دو نوع بارگذاری تک محوره و دومحوره مورد بررسی قرار گرفته است. یکی از بهترین روش‌ها برای مطالعه تجربی تغییر شکل در ریزساختار مواد، استفاده از تکنیک آزمایش درجا در داخل میکروسکوپ الکترونی می‌باشد. این روش مشاهده تغییر شکل یک ریزساختار مشخص را در طول بارگذاری ممکن می‌نماید. برای حل این مشکل، در این تحقیق، روش جدیدی برای اجرای آزمایش کشش تک محوره و دومحوره به‌صورت درجا معرفی گردید. این روش، بارگذاری نمونه و عکس‌برداری از آن را تا لحظات پایانی تغییر شکل، قبل از شکست نهایی امکان‌پذیر می‌سازد و به این ترتیب امکان مشاهده شکل‌گیری و توسعه باندهای برشی در یک ریزساختار مشخص از ابتدای بارگذاری تا لحظه شکست فراهم گردیده است. برای درک کامل‌تر پدیده موضعی شدن کرنش، از مدل‌سازی المان محدود به دو روش استفاده از مفاهیم چگالی نابجایی‌ها (و کدنویسی مربوطه) و به‌کارگیری روابط متداول رودریگز استفاده شده است. همچنین، به‌منظور ایجاد امکان بررسی مقادیر واقعی کرنش میکروسکوپی، به کمک کد‌نویسی، مقادیر کرنش در هر نقطه به کمک روش متناظر سازی دیجیتالی تصاویر، استخراج و در مباحث مربوطه مورد استفاده قرار گرفته است. با استفاده از سازوکار ایجاد شده آزمایش کشش تک محوره درجا انجام و به کمک شبیه سازی به روش چگالی نابجایی‌ها، بررسی لازم درخصوص نحوه وعلل شکل‌گیری باندهای برشی و اثر آن بر ایجاد آسیب در فولاد دوفازی بررسی گردید. نقش اندازه و چیدمان جزایر مارتنزیتی در تشکیل کرنش موضعی در فاز فریت و همچنین نقش ترک ها و حفرات اولیه در شکست نهایی ماده مورد بحث قرار گرفت. در این تحقیق برای اولین بار آزمایش کشش دومحوره درجا برروی فولاد دوفازی انجام گردید و تاثیر این نوع بارگذاری بر روی مکانیزم‌های آسیب بررسی شد. تشکیل باندهای برشی در بارگذاری دو محوره مشاهده و با حالت تک محوره مقایسه گردید و تشابهات و تفاوت‌های ایجاد آسیب در بارگذاری دومحوره و تک محوره مورد بحث قرار گرفت. تطابق قابل قبولی بین نتایج آزمایش کشش درجا با نتایج حاصل از شبیه‌سازی ریزساختار از لحاظ نوع و میزان موضعی شدن کرنش مشاهده گردید. و نشان داده شد که بطور کلی با افزایش کرنش اعمالی به ریزساختار فولاد دوفازی، نقش ناهمگنی سختی موجود در فاز فزیت (که به دلیل فرآیند ساخت به‌وجود می‌آید)، رفته رفته کاهش می‌یابد و نقش ابعاد، شکل و چیدمان جزایر مارتنزیتی در شکل‌گیری مکانیزم‌های آسیب پر‌رنگ‌تر می‌گردد. با درنظر گرفتن جهت محور بارگذاری، طول جزایر مارتنزیتی به‌طور مستقیم بر میزان موضعی شدن کرنش در فاز فریت تاثیر گذار است. این درحالی است که تغییر عرض دانه‌ها بسته به خواص مکانیکی مارتنزیت و نسبت حجمی آن در فولاد دوفازی می‌تواند باعث کاهش یا افزایش پدیده موضعی شدن کرنش شود. حاصل این تحقیق در سه مقاله ( که یکی از آنها در زمان تالیف این رساله درحال داوری است و مابقی پذیرفته شده اند) با موضوع‌های به‌هم پیوستگی باندهای برش در بارگزاری دو و سه محوره به چاپ رسیده است. کلمات کلیدی: فولادهای دوفازی؛ ریزساختار؛ کرنش موضعی؛ باند برشی؛ شکست نرم؛ آزمایش درجا

ارتقاء امنیت وب با وف بومی