Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Mashayekhi,Mahmoud Farzin
محمد مشایخی (استاد مشاور) محمود فرزین (استاد راهنما)
 
STUDENT
Reza Jafari Nedoushan
رضا جعفری ندوشن

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1386

TITLE

Constitutive Equations for Hot Deformation of Polycrystalline and Nano Materials
In the current thesis constitutive models are proposed for dominant mechanisms in hot forming and nano-crystalline materials including: inter-granular deformation, grain boundary sliding, grain boundary diffusion and grain growth. Besides a Taylor type polycrystalline constitutive model, two visco-plastic models are used to predict inter-granular deformation. Previous works on grain boundary mechanisms are extended to drive three dimensional macro stress-strain rate relationships for these mechanisms. The proposed models are first used to simulate hot forming processes. It is shown that the two visco-plastic models can be used to predict material behavior for various grain sizes, strain, stress state and strain rates with reasonable computational costs. Then a model is added to the proposed constitutive models to predict void initiation in superplastic forming. It is shown that this model’s predictions are in excellent agreement with experimental data. Finally the proposed constitutive models are used to predict nano-crystalline materials behavior. The stresses obtained from these constitutive equations match well with the experimental data for nano-crystalline copper for different strains and strain rates. Variations of strain rate sensitivity, inverse Hall-Petch effect, tension compression asymmetry and yield locus shape are also well predicted by the model. Key Words Hot forming, Nanocrystalline materials, Constitutive equations, Crystal plasticity, Grain boundary diffusion, Grain boundary sliding.
به منظور ساخت قطعات پیچیده از موادی با خواص مکانیکی مطلوب و وزن کم که کاربرد زیادی در صنایع خودروسازی و هوافضا دارند از فرآیندهای شکل دهی در دماهای بالا استفاده می شود. در شکل دهی در دمای بالا، رفتار مواد، وابستگی زیادی به نرخ تغییرشکل و اندازه دانه دارد. رفتار موادی با دانه بندی کوچک تر از جمله نانوکریستال ها، در دمای محیط نیز به نرخ تغییرشکل و اندازه دانه وابستگی زیادی دارد. استفاده از این مواد در سال های اخیر به دلیل خواص منحصر به فرد آن ها مورد توجه قرار گرفته است. علاوه بر وابستگی رفتار به نرخ تغییرشکل و اندازه دانه شباهت های میکروساختاری نیز در تغییرشکل مواد گرم و نانوکریستال ها مشاهده شده است. در این دو گروه از ماده مکانیزم های متعددی همچون تغییرشکل داخل کریستال ها ناشی از حرکت نابجایی ها، لغزش در مرزدانه ها و پدیده پخش اتم ها در مرزدانه ها تغییرشکل ماده را بوجود می آورند و این تغییرشکل با تغییراتی در اندازه دانه ها نیز همراه است. در رساله حاضر به بررسی هر یک از این مکانیزم ها در این دو گروه از ماده پرداخته می شود. با بررسی این مکانیزم ها و معادلات حاکم بر آن ها روابط متشکله ای که در برگیرنده اثرات نرخ کرنش ماکروسکوپیک و اندازه دانه بر تنش جریان ماکروسکوپیک باشد برای هر یک از این مکانیزم ها ارائه می گردد. در نهایت اثر مکانیزم های غالب در یک معادله متشکله جدید با رویکرد میکروساختار که توانایی تحلیل مسائل ماکرو را دارد ارائه می گردد. علاوه بر اینکه از این مدل انتظار می رود که با در نظر گرفتن مکانیزم های ریزساختار ماده فهم بهتر رفتار ماده را میسر سازد این مدل باید پاسخگوی تمامی پدیده های تاثیرگذار ماکرو مشاهده شده در مواد وابسته به نرخ کرنش مانند وابستگی به نرخ کرنش، اندازه دانه و سخت شوندگی ماده باشد و بتواند رفتار ماده در گستره وسیعی از این پارامترها و همچنین در حالت های سه بعدی تنش را با حجم محاسبات کم پیش بینی کند. معادلات متشکله ارائه شده در موادی که در دماهای بالاتر از نصف دمای ذوب تغییرشکل می دهند و در مواد نانوساختار مورد استفاده و راستی آزمایی قرار می گیرد و توانایی های این معادلات در پیش بینی صحیح رفتار هر یک از این مواد در شرایط مختلف بررسی می شود. همچنین این معادلات رفتار های مختلف مکانیکی مشاهده شده در نانوکریستال ها مثل اثر معکوس هال-پچ، وابستگی شدید به نرخ کرنش و افزایش این وابستگی با کاهش نرخ کرنش و تفاوت رفتار در کشش و فشار را پیش بینی می کنند. همچنین با استفاده از مزیت این معادلات در پیش بینی سهم مکانیزم های میکروساختاری در تغییرشکل مدلی به منظور پیش بینی شروع حفره در شکل دهی سوپرپلاستیک ارائه می گردد. کلمات کلیدی تغییرشکل داغ، مواد نانوکریستال، معادلات متشکله، پلاستیسیته کریستال ها، پخش اتم ها در مرزدانه ها، لغزش در مرزدانه ها

ارتقاء امنیت وب با وف بومی