Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Mashayekhi,Reza Gafari nadooshan
محمد مشایخی (استاد مشاور) رضا جعفری ندوشن (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sajad Zarei
سجاد زارعی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Investigation of Inter-Granular Non-Homogeneity Effects on Mechanical Behaviour of Dual Phase Steels Using Finite Element Simulation
Dual phase (DP) steels are very interesting for lightweight constructions because they combine high plastic deformation potential and high strength. Stress–strain response of multiphase materials similar to DP steel depends on the elastic–plastic behavior of all ingredient phases. In recent years, computational modeling has been successfully established to study the material's mechanical behaviors at microstructure level. In these kinds of modeling the microstructure of dual phase steels can be considered as a matrix of ferrite phase, reinforced by martensite particles. Recent measurements show that mechanical properties of the ferrite phase change with distance from the martensite grains. This phenomenon has not been included in microstructural models precisely until now. In this thesis, a new method is proposed to consider this phenomenon in finite element modeling of dual phase steels microstructure. In this method, ferrite mechanical properties are imported to the model as a continuous function of distance from martensite boundary. For this purpose ferrite mechanical properties are implemented in the model via a user material subroutine (UMAT) in the finite element software Abaqus. In this subroutine mechanical properties are calculated based on the distance from martensite boundaries and previous measurements of the dependency of the properties to this distance. Three types of microstructural models are created based on SEM images. The first model uses a random python code to construct the unit cell in which hexagons martensite grains are randomly dispersed in the ferrite matrix. The second one directly creates the grains and boundaries from the SEM images. The third model uses a Voronoi type algorithm to construct geometries which are statistically similar to the SEM images. In the third model both the crystal plasticity constitutive law and von Mises criterion are employed to model the ferrite and martensite grains while in the others only the latter is used. The tensile test is simulated for the three finite element models in both cases of considering ferrite phase as homogeneous and inhomogeneous matrix. The flow curves of simulations that took the ferrite phase inhomogeneity into account are in better agreement with the experimental flow curves, compared with those of simulations that did not consider it. Considering the ferrite phase inhomogeneity also causes a better prediction of shear band formation in the unit cell compared to the other models. A different stress distribution prediction is also observed in these two models and ferrite phase maximum stress is higher when inhomogeneity is included. These observations can be crucial in investigation of dual phase steels damage. It is observed that martensite volume fraction and the grain size has stronger effect on the model with inhomogeneous ferrite phase that are in better agreement with the experimental results. Keywords: Dual phase steels; Finite element microstructural modeling; Ferrite phase inhomogeneity; Crystal plasticity finite element method
فولادهای دوفازی به دلیل ساختار با وزن پایین و ترکیب هم‌زمان تغییرشکل پلاستیک و استحکام بالا مورد استقبال شدید قرار گرفته‌اند. رفتار تنش-کرنش مواد چندفازی ازجمله فولادهای دوفازی به رفتار تک‌تک اجزای تشکیل‌دهنده ماده وابسته است. در سال‌های اخیر استفاده از مدل‌سازی‌های عددی به‌منظور مطالعه رفتاری مواد در مقیاس میکرو به‌خوبی گسترش یافته است، در این مدل‌سازی‌ها، میکروساختار فولادهای دوفازی به‌صورت زمینه فریت تقویت‌شده با ذرات مارتنزیت در نظر گرفته می‌شود. اندازه‌گیری‌های اخیر نشان می‌دهند که خواص مکانیکی فاز فریت درون میکروساختار فولاد دوفازی برحسب فاصله از مرز فاز مارتنزیت تغییر می‌کند. در مدل‌سازی‌های انجام‌شده تاکنون، این پدیده به‌صورت دقیق در نظر گرفته نشده است. در این پایان‌نامه روش جدیدی برای در نظر گرفتن این پدیده در مدل‌سازی اجزای محدود میکروساختار فولادهای دوفازی پیشنهاد می‌گردد. در این روش، خواص مکانیکی فاز فریت به‌صورت تابع پیوسته‌ای برحسب فاصله از مرز مارتنزیت در مدل‌سازی‌ها وارد می‌شود. خواص مکانیکی فاز فریت با استفاده از زیربرنامه یومت در نرم‌افزار آباکوس پیاده‌سازی می‌گردد. در این زیربرنامه خواص مکانیکی فاز فریت برحسب فاصله از مرز مارتنزیت و نتایج اندازه‌گیری‌های مربوط به وابستگی خواص به فاصله، محاسبه‌شده‌اند. سه مدل مختلف از میکروساختار ماده برحسب تصاویر حاصل از میکروسکوپ نوری مدل و تولید شده است. مدل اول با استفاده از تابع تولید عدد تصادفی در نرم‌افزار پایتون به‌صورت سلول واحد تولید شده است. در این مدل ذرات شش‌گوش فاز مارتنزیت به‌صورت تصادفی درزمینه‌ی فاز فریت توزیع‌شده‌اند. مدل دوم مستقیماً از روی تصاویر میکروسکوپ نوری تولید می‌شود. مدل سوم با استفاده از تابع تولید کریستال‌های تصادفی ورونی که متغیرهای میکروساختاری (کسر حجمی و متوسط اندازه دانه فازها) در آن مطابق با تصاویر میکروسکوپ نوری در نظر گرفته‌شده‌اند، تولید می‌شود. مدل سوم با استفاده از هردو معیار فون میزز و کریستال پلاستیسیته تحلیل می‌شود درحالی‌که مدل‌های اول و دوم صرفاً با معیار فون میزز موردبررسی قرار می‌گیرند. آزمون کشش ساده برای هر سه مدل اجزای محدود ساخته‌شده برای هردو حالت با در نظر گرفتن و بدون در نظر گرفتن اثر ناهمگنی فاز فریت شبیه‌سازی می‌شود. منحنی‌های جریان نمونه‌هایی که اثر ناهمگنی فاز فریت را در نظر گرفته‌اند در مقایسه با نمونه‌های همگن، از انطباق بالاتری با نتایج تجربی برخوردارند و مشاهده می‌شود که حداکثر مقدار تنش در فاز فریت در نمونه‌ی با رفتار غیرهمگن فاز فریت بیشتر است. همچنین در نظر گرفتن ناهمگنی فاز فریت موجب پیش‌بینی بهتر شکل‌گیری خطوط برش در سلول واحد می‌شود که نتایج حاصله در بررسی آسیب فولادهای دوفازی می‌تواند بسیار مؤثر باشد. مدل‌های غیرهمگن برخلاف مدل‌های همگن به متغیرهای میکروساختار وابستگی شدیدتری دارند که با نتایج تجربی نیز مطابقت دارد. کلمات کلیدی: فولادهای دوفازی، مدل سازی اجزای محدود میکروساختار، ناهمگنی فاز فریت، روش اجزای محدود کریستال پلاستیسیته

ارتقاء امنیت وب با وف بومی