Kierownik: dr inż. Joanna Szyndler.
Hipoteza badawcza niniejszego projektu zakładała, że: opracowanie oraz zastosowanie wieloskalowego numerycznego modelu procesu odkształcenia plastycznego z uwzględnieniem zalet cyfrowej reprezentacji materiału umożliwi przeprowadzenie szczegółowej analizy charakteru płynięcia badanego materiału w różnych skalach wymiarowych w trakcie komputerowej symulacji złożonych procesów odkształcenia, np. występujących w kształtowaniu segmentowym.
Aby udowodnić tak postawioną tezę w projekcie zdefiniowano dwa główne cele badawcze:
1. Opracowanie wieloskalowego numerycznego modelu uwzględniającego
zalety cyfrowej reprezentacji materiału do modelowania zachowania się
materiału w różnych skalach (makro i mikro).
2. Analiza płynięcia odkształcanego materiału w trakcie procesów
deformacji plastycznej, które charakteryzują się złożonymi stanami
odkształcenia (np. innowacyjne procesy kształtowania segmentowego).
Szczególna uwaga została poświęcona badaniom o charakterze podstawowym
obejmującym określenie wpływu podstawowych parametrów procesu
odkształcenia na zachowanie się materiału w wielu skalach wymiarowych:
mikro i makro.
Projekt był podzielony na dwa główne etapy: badań eksperymentalnych i symulacji numerycznych. W ramach pierwszego z nich przeprowadzono próby plastometryczne (spęczania próbki osiowo symetrycznej) dla różnych prędkości odkształcania poniżej temperatury rekrystalizacji, niezbędne do uzyskania krzywych umocnienia materiału koniecznych do badań numerycznych. Na tym etapie wykonano również testy wgłębiania stempli w materiał na różną głębokość, które były podstawą do weryfikacji wyników uzyskanych z symulacji numerycznych. W trakcie prac wykonano zgłady metalograficzne do analizy z wykorzystaniem mikroskopii optycznej i elektronowej. Wyniki uzyskane na podstawie testów plastometrycznych umożliwiły otrzymanie krzywej umocnienia materiału w postaci funkcji naprężenia względem odkształcenia dzięki zastosowaniu metody analizy odwrotnej. Drugi etap projektu był oparty na badaniach numerycznych. Podczas tej części prac zbudowano uproszczony model numeryczny złożonego procesu kształtowania segmentowego w skali makro oraz przygotowano cyfrową reprezentację badanego materiału odzwierciedlającą strukturę materiału w skali mikroskopowej. W celu uzyskania 2D i 3D morfologii cyfrowych mikrostruktur wykorzystano metody bazujące na rzeczywistych zdjęciach mikrostruktury jak również wykorzystujące metody analizy dyskretnej (Monte Carlo). Następnie stworzono współbieżny wieloskalowy model numeryczny poprzez połączenie modelu w skali makro z cyfrową reprezentacją materiału w skali mikro. Dodatkowo aby poddać analizie zmiany zachodzące w teksturze materiału, do opisu DMR włączono model plastyczności kryształów. Po uzyskaniu wyników numerycznych w skali mikro możliwe było porównanie kształtów i wielkości ziaren ze zdjęciami morfologii rzeczywistej mikrostruktury materiału odkształconego w warunkach laboratoryjnych. Ponadto wykonano analizę wpływu parametrów opracowanego modelu numerycznego na jakość uzyskanych wyników.
Głównym wynikiem niniejszego projektu jest wieloskalowy numeryczny model płynięcia materiału w złożonych stanach odkształcenia występujących m.in. w innowacyjnych procesach odkształcania segmentowego. Opracowany model numeryczny w połączeniu z cyfrową reprezentacją materiału umożliwił szczegółową analizę płynięcia materiału zarówno w skali mikro- jak i makroskopowej. Otrzymane wyniki oraz nowa wiedza na temat zachowania materiału w skali mikro podczas odkształcenia mogą być pomocne w przyszłości przy opracowaniu rzeczywistej technologii uzyskiwania elementów integralnych dedykowanych np. dla lotnictwa, których zastosowanie przyczyni się do ochrony środowiska jak i zmniejszenia kosztów produkcji i eksploatacji samolotów.
