Naslov Mikromehaničko modeliranje oštećenja u sinteriranom čeliku Naslov (engleski) Micromechanical modelling of damage in sintered steel Autor Matej Mlinarić Mentor Zdenko Tonković (mentor)Ustanova koja je dodijelila Sveučilište u Zagrebu Datum i država obrane 2020-12-04, Hrvatska Znanstveno / umjetničko TEHNIČKE ZNANOSTI Sažetak U modernim konstrukcijama i sustavima prijenosa snage, upotreba materijala od sinteriranih čelika danas je sve češća i neizbježna. Međutim, mikrostruktura sinteriranih čelika je izrazito porozna, što dovodi do pojave koncentracija naprezanja, lokalizacija deformacija i akumuliranja oštećenja u samoj mikrostrukturi materijala. Iz tog razloga, za pouzdanu procjenu ponašanja materijala na makrorazini potrebno je provesti modeliranje materijala na mikrorazini.
U ovom radu, na temelju dobivenih rezultata metalografske analize, provedeno je mikromehaničko modeliranje oštećenja u sinteriranom čeliku Astaloy Mo+0,2C gustoće 6,5 g/cm^3. Pri modeliranju mikrostrukture materijala, korišten je reprezentativni volumenski element (RVE). Za numeričke analize korišten je programski paket Abaqus koji se temelji na metodi konačnih elemenata. Uz korištenje postojećih konstitutivnih modela za oštećenje i elastoplastično ponašanje, provedena je procedura određivanja materijalnih karakteristika metalne matrice sinteriranog čelika.
Rad je podijeljen na sedam poglavlja. U prvom poglavlju, dan je kratki uvod i opis metalurgije praha, procesa sinteriranja te prikaz osnovnih svojstava sinteriranih čelika. U drugom poglavlju dana je teorijska podloga konstitutivnih materijalnih modela za elastoplastičnost i oštećenje koji su korišteni u numeričkim analizama. Treće poglavlje bavi se detaljnom analizom numeričkog modela metodom konačnih elemenata uz prikaz korištenih konačnih elemenata. U četvrtom poglavlju opisana je metoda višerazinskog modeliranja koja se koristi prilikom istraživanja mikrostrukture heterogenih materijala, te je uveden i objašnjen pojam RVE-a. U petom poglavlju provedene su numeričke mikrostrukturne analize odabranih RVE-ova kako bi se odredila minimalna veličina RVE-a koji će se koristiti u višerazinskoj analizi. U šestom poglavlju provedena je višerazinska analiza vlačnog testa. Pojedinačno je analizirano elastično područje, elastoplastično područje i elastoplastično područje s oštećenjem, te je modeliranjem na makro i mikro razini proveden postupak određivanja materijalnih karakteristika metalne matrice sinteriranog čelika Astaloy Mo+0,2C gustoće 6,5 g/cm^3. U posljednjem, sedmom poglavlju, dan je zaključak cijeloga rada.
Sažetak (engleski) Today, the use of sintered steel materials in modern structures and power transmission systems is more and more frequent, and also inevitable. However, the microstructure of sintered steel is extremely porous, which leads to the phenomena such as stress concentrations, strain localizations and damage accumulations in the material microstructure. For this reason, to reliably assess the material behavior at the macro scale, it is necessary to model materials at the micro scale.
In this thesis, by using the obtained results of the metallographic analysis, the micromechanical modelling of damage in sintered steel Astaloy Mo+0,2C of density 6,5 g/cm^3 was performed. In the microstructure modelling, the representative volume element (RVE) is used. The finite element method software Abaqus is used for numerical analyses. By using the existing constitutive damage and elastoplastic material models, the method for determining material characteristics of the sintered steel’s metal matrix was performed.
The thesis is divided into seven chapters. In the first chapter, a brief introduction and description of powder metallurgy and sintering process is given, along with the basic properties of sintered steels. The second chapter presents the theoretical background of the constitutive material models for elastoplasticity and damage used in the numerical analyses. The third chapter deals with a detailed analysis of the numerical model based on the finite element method with a presentation of used finite elements. The fourth chapter describes the multiscale modelling used in the study of the heterogeneous material microstructure and explains the concept of RVE. In the fifth chapter, numerical microstructural analyses of selected RVEs were performed to determine the minimum size of RVE which will be used in the multiscale analysis. In the sixth chapter, the multiscale analysis of the tensile test was performed. The elastic region, elastoplastic region and elastoplastic region with damage were analyzed individually and the method for determining material characteristics of the metal matrix of sintered steel Astaloy Mo+0,2C of density 6,5 g/cm^3 was performed by modelling at the macro and micro scale. In the final, seventh chapter, the conclusion of the whole thesis is given.
Ključne riječi
Abaqus
elastoplastičnost
metoda konačnih elemenata
mikromehaničko modeliranje
mikrostruktura
numerička analiza
oštećenje
reprezentativni volumenski element (RVE)
sinterirani čelik
višerazinsko modeliranje
Ključne riječi (engleski)
Abaqus
damage
elastoplasticity
finite element method
micromechanical modelling
microstructure
multiscale modelling
numerical analysis
representative volume element (RVE)
sintered steel
Jezik hrvatski URN:NBN urn:nbn:hr:235:896913 Studijski program Naziv: Strojarstvo Vrsta resursa Tekst Način izrade datoteke Izvorno digitalna Prava pristupa Otvoreni pristup Uvjeti korištenja Datum i vrijeme pohrane 2020-11-26 11:45:33
