Vliv velikosti na tvárné porušování slitiny hliníku 2024-T351

Size Effect on the Ductile Fracture of the Aluminium Alloy 2024-T351

journal article in Web of Science

en

Background Reliably calibrated criteria are needed for an accurate prediction of fracture of various components. However, there is not always a sufficient amount of material available. Therefore, miniature testing provides an alternative that is researched together with the following calibration of the ductile fracture criteria and investigating the size effect. Objective The aim is to design miniature testing equipment and specimens for tensile testing, which covers various stress states. This is supplemented by the small punch test, which has the same specimen thickness, taken from the literature to broaden the portfolio for calibration. The second part deals with conducting the finite element analysis, which provided a basis for the calibration of the phenomenological ductile fracture criterion applicable to crack-free bodies to indicate the crack initiation. Methods The steel frame to test thin specimens is designed with optical measurement of deformations. The finite element method is used, within Abaqus and user subroutines, to simulate the tests to obtain the variables needed for the calibration. In addition, the calibration of the criterion using machine learning is explored. Results The feasibility of the proposed experimental program is tested on the aluminium alloy 2024-T351. Moreover, the numerical simulations, which showed a good match with experiments in terms of force responses, adds to the knowledge of modelling in the scope of continuum damage mechanics. Conclusions The presented results provide a material basis for the aluminium alloy studied on a lower scale, while they broaden the testing possibilities and analyses the calibration strategies for the best failure predictability possible.

Pozadí Spolehlivě kalibrovaná kritéria jsou potřeba pro přesnou predikci lomu různých komponent. Vždy není nicméně k dispozici dostatečné množství materiálu. Proto miniaturní testování poskytuje alternativu, která je zkoumána spolu s následnou kalibrací kritérií tvárného porušování a studiem vlivu velikosti. Cíl Cílem je navrhnout miniaturní testovací zařízení a vzorky pro tahové testování, které pokrývá různé napěťové stavy. To je doplněno miniaturním penetračním testem, který má stejnou tloušťku vzorku a je vzat z literatury pro rozšíření portfolia ke kalibraci. Druhá část se zabývá provedením analýzy metodou konečných prvků, která poskytla základ ke kalibraci fenomenologického kritéria tvárného poškození aplikovatelného k indikaci iniciace trhliny pro tělesa bez trhlin. Metody Je navržen ocelový rám pro testování tenkých vzorků s optickým měřením deformací. K simulaci testů pro získání veličin potřených ke kalibraci je použita metoda konečných prvků v rámci Abaqusu a uživatelských subrutin. Navíc je zkoumána kalibrace kritéria pomocí strojového učení. Výsledky Proveditelnost navrženého experimentálního programu je otestována na slitiny hliníku 2024-T351. Numerické simulace, které ukázali dobrou shodu s experimenty z hlediska silových odezev, mimoto připojují poznatky o modelování v oblasti mechaniky poškození kontinua. Závěry Prezentované výsledky poskytují materiálovou základnu pro slitinu hliníku studovanou na v nižším měřítku, zatímco rozšiřují možnosti testování a analýz kalibračních strategií pro nejlepší možnou schopnost predikce poškození.

Background Reliably calibrated criteria are needed for an accurate prediction of fracture of various components. However, there is not always a sufficient amount of material available. Therefore, miniature testing provides an alternative that is researched together with the following calibration of the ductile fracture criteria and investigating the size effect. Objective The aim is to design miniature testing equipment and specimens for tensile testing, which covers various stress states. This is supplemented by the small punch test, which has the same specimen thickness, taken from the literature to broaden the portfolio for calibration. The second part deals with conducting the finite element analysis, which provided a basis for the calibration of the phenomenological ductile fracture criterion applicable to crack-free bodies to indicate the crack initiation. Methods The steel frame to test thin specimens is designed with optical measurement of deformations. The finite element method is used, within Abaqus and user subroutines, to simulate the tests to obtain the variables needed for the calibration. In addition, the calibration of the criterion using machine learning is explored. Results The feasibility of the proposed experimental program is tested on the aluminium alloy 2024-T351. Moreover, the numerical simulations, which showed a good match with experiments in terms of force responses, adds to the knowledge of modelling in the scope of continuum damage mechanics. Conclusions The presented results provide a material basis for the aluminium alloy studied on a lower scale, while they broaden the testing possibilities and analyses the calibration strategies for the best failure predictability possible.

Jamky; tvárné porušování; evoluční algoritmus; přirozené stárnutí slitiny; vliv velikosti

Dimples; Ductile fracture; Evolutionary algorithm; Naturally aged alloy; Size effect

10.09.2024

0014-4851

64

1

1483–1495

13