Identifikace materiálových parametrů Vybraných modelů plasticity

Podobné dokumenty
Přehled modelů cyklické plasticity v MKP programech

Inkrementální teorie plasticity - shrnutí

Nelineární problémy a MKP

PARAMETER IDENTIFICATION OF CHABOCHE NONLINEAR KINEMATIC HARDENING MODEL STANOVENÍ KONSTANT CHABOCHEOVA NELINEÁRNÍHO KINEMATICKÉHO MODELU ZPEVNĚNÍ

Zaklady inkrementální teorie plasticity Teoretický základ

Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka - Kolokvium Božek 2010, Praha

Reologické modely technických materiálů při prostém tahu a tlaku

ANALÝZA NAPĚTÍ A DEFORMACÍ PRŮTOČNÉ ČOČKY KLAPKOVÉHO RYCHLOUZÁVĚRU DN5400 A POROVNÁNÍ HODNOCENÍ ÚNAVOVÉ ŽIVOTNOSTI DLE NOREM ČSN EN A ASME

VŠB- Technická univerzita Ostrava Fakulta strojní Katedra pružnosti a pevnosti. Úvod do MKP Napěťová analýza tenzometrického snímače ve tvaru háku

A mez úměrnosti B mez pružnosti C mez kluzu (plasticity) P vznik krčku na zkušebním vzorku, smluvní mez pevnosti σ p D přetržení zkušebního vzorku

Části a mechanismy strojů 1 KKS/CMS1

Libor Kasl 1, Alois Materna 2

Kontraktantní/dilatantní

Téma 2 Napětí a přetvoření

Náhradní ohybová tuhost nosníku

Nelineární úlohy při výpočtu konstrukcí s využitím MKP

Obecný Hookeův zákon a rovinná napjatost

Výpočtová i experimentální analýza vlivu vrubů na omezenou životnost součástí

Test A 100 [%] 1. Čím je charakteristická plastická deformace? - Je to deformace nevratná.

TENSOR NAPĚTÍ A DEFORMACE. Obrázek 1: Volba souřadnicového systému

VŠB Technická univerzita Ostrava Fakulta strojní Katedra pružnosti a pevnosti (339) Metoda konečných prvků MKP I (Návody do cvičení)

TAH/TLAK URČENÍ REAKCÍ

Summer Workshop of Applied Mechanics. Vliv mechanického zatížení na vznik a vývoj osteoartrózy kyčelního kloubu

VŠB- Technická univerzita Ostrava Fakulta strojní Katedra pružnosti a pevnosti. Úvod do MKP Napěťová analýza modelu s vrubem

Cvičení 9 (Výpočet teplotního pole a teplotních napětí - Workbench)

PŘÍPRAVEK PRO POKROČILÉ TESTOVÁNÍ PLECHŮ - BAUSCHINGERŮV EFEKT SVOČ FST 2018

3.2 Základy pevnosti materiálu. Ing. Pavel Bělov

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ

ZÁKLADNÍ ÚLOHY TEORIE PLASTICITY Teoretické příklady

OTÁZKY K PROCVIČOVÁNÍ PRUŽNOST A PLASTICITA II - DD6

6. Viskoelasticita materiálů

Sedání piloty. Cvičení č. 5

WP14: Vývoj pokročilých metod hodnocení nízkocyklové únavy při teplotním zatěžování. Vedoucí konsorcia podílející se na pracovním balíčku

Únava materiálu. únavového zatěžování. 1) Úvod. 2) Základní charakteristiky. 3) Křivka únavového života. 4) Etapy únavového života

KONSTITUČNÍ VZTAHY. 1. Tahová zkouška

Výpočet vlastních frekvencí a tvarů kmitů lopaty oběžného kola Kaplanovy turbíny ve vodě

12. Únavové šíření trhliny. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

Únosnost kompozitních konstrukcí

MECHANIKA PODZEMNÍCH KONSTRUKCÍ PODMÍNKY PLASTICITY A PORUŠENÍ

8. Základy lomové mechaniky. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

3. Mechanická převodná ústrojí

VYHODNOCENÍ LABORATORNÍCH ZKOUŠEK

PARAMETRICKÁ STUDIE VÝPOČTU KOMBINACE JEDNOKOMPONENTNÍCH ÚČINKŮ ZATÍŽENÍ

Posouzení stability svahu

Experimentální ověření možností stanovení příčné tuhosti flexi-coil pružin

APLIKACE SIMULAČNÍHO PROGRAMU ANSYS PRO VÝUKU MIKROELEKTROTECHNICKÝCH TECHNOLOGIÍ

Definujte poměrné protažení (schematicky nakreslete a uved te jednotky) Napište hlavní kroky postupu při posouzení prutu na vzpěrný tlak.

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.9 Plasticita a creep

PLASTICITA A CREEP PLASTICITA IV

10. Elasto-plastická lomová mechanika

Zde je uveden abecední seznam důležitých pojmů interaktivního učebního textu

PRUŽNOST A PEVNOST 2 V PŘÍKLADECH

NESTABILITY VYBRANÝCH SYSTÉMŮ. Úvod. Vzpěr prutu. Petr Frantík 1

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

NÁVRH TESTOVÁNÍ ELASTOMERŮ A MKP VÝPOČET KONCOVKY KLIMATIZAČNÍHO VEDENÍ

VÝVOJ NOVÉ GENERACE ZAŘÍZENÍ S POKROČILOU DIAGNOSTIKOU PRO STANOVENÍ KONTAKTNÍ DEGRADACE

20. května Abstrakt V následujícím dokumentu je popsán způsob jakým analyzovat problém. výstřelu zasáhnout bod na zemi v definované vzdálenosti.

Aproximace a vyhlazování křivek

Návrh postupu pro stanovení četnosti překročení 24hodinového imisního limitu pro suspendované částice PM 10

Experimentální realizace Buquoyovy úlohy

EXPERIMENTÁLNÍ METODY V OBRÁBĚNÍ

MODÁLNÍ ANALÝZA ZVEDACÍ PLOŠINY S NELINEÁRNÍ VAZBOU

VYUŽITÍ NAMĚŘENÝCH HODNOT PŘI ŘEŠENÍ ÚLOH PŘÍMÝM DETERMINOVANÝM PRAVDĚPODOBNOSTNÍM VÝPOČTEM

1/7. Úkol č. 9 - Pružnost a pevnost A, zimní semestr 2011/2012

Přetváření a porušování materiálů

Experimentální zjišťování charakteristik kompozitových materiálů a dílů

Postup zadávání základové desky a její interakce s podložím v programu SCIA

5 Analýza konstrukce a navrhování pomocí zkoušek

Metoda konečných prvků Základy konstitutivního modelování (výuková prezentace pro 1. ročník navazujícího studijního oboru Geotechnika)

Aktuální trendy v oblasti modelování

DVA ZÁKLADNÍ PROBLÉMY PLASTICITY KOVŮ

VŠB Technical University of Ostrava, Faculty of Mechanical engineering, 17. Listopadu 15, Ostrava Poruba, Czech Republic

DYNAMICKÝ EXPERIMENT NA SADĚ DŘEVĚNÝCH KONZOLOVÝCH NOSNÍKŮ

Průběh řešení a dosažené výsledky v oblasti návrhu a měření spolehlivosti mikroelektronických 3D struktur

Název práce: DIAGNOSTIKA KONTAKTNĚ ZATÍŽENÝCH POVRCHŮ S VYUŽITÍM VYBRANÝCH POSTUPŮ ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLU AKUSTICKÉ EMISE

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

OTÁZKY VSTUPNÍHO TESTU PP I LS 2010/2011

FEM ANALYSIS OF HOSE SPRNIG CLAMP DEFORMATION BEHAVIOUR

ROZVOJ CREEPOVÉ DEFORMACE A POŠKOZENÍ KOMORY PŘEHŘÍVÁKU Z CrMoV OCELI

Ctislav Fiala: Optimalizace a multikriteriální hodnocení funkční způsobilosti pozemních staveb

OPTIMALIZACE PROVOZU OTOPNÉ SOUSTAVY BUDOVY PRO VZDĚLÁVÁNÍ PO JEJÍ REKONSTRUKCI

Dokumentace programu ParamSeeker 1.0

Experimentální výzkum vlivu zesílení konstrukce valené klenby lepenou uhlíkovou výztuží

Čas (s) Model časového průběhu sorpce vyplývá z 2. Fickova zákona a je popsán následující rovnicí

Globální matice konstrukce

MODEL TVÁŘECÍHO PROCESU

Pružnost a plasticita II CD03

UNIVERZITA PARDUBICE. 4.4 Aproximace křivek a vyhlazování křivek

Příloha č. 1. Pevnostní výpočty

Úloha 1: Lineární kalibrace

Pružnost a pevnost. 6. přednáška 7. a 14. listopadu 2017

Programové systémy MKP a jejich aplikace

Modelování a simulace Lukáš Otte

1.1 Shrnutí základních poznatků

Střední průmyslová škola strojírenská a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky, Kolín IV, Heverova 191

OPTIMALIZACE NÁVRHU CB VOZOVEK NA ZÁKLADĚ POČÍTAČOVÉHO A EXPERIMENTÁLNÍHO MODELOVÁNÍ. GAČR 103/09/1746 ( )

Fakulta strojního inženýrství Ústav mechaniky těles, biomechaniky a mechatroniky

VLIV STŘÍDAVÉHO MAGNETICKÉHO POLE NA PLASTICKOU DEFORMACI OCELI ZA STUDENA.

Příloha D Navrhování pomocí zkoušek

Identifikace a řízení nelineárního systému pomocí Hammersteinova modelu

Transkript:

Teorie plasticity 1. VŠB TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ KATEDRA PRUŽNOSTI A PEVNOSTI 17.listopadu 15, 708 33 Ostrava - Poruba Identifikace materiálových parametrů Vybraných modelů plasticity 1) POPIS EXPERIMENTÁLNÍCH DAT 2) STANOVENÍ KOEFICIENTŮ PRO MODEL ARMSTRONG FREDERICKA 3) STANOVENÍ KOEFICIENTŮ PRO CHABOCHEŮV MODEL PLASTICITY 4) SROVNÁNÍ VYPOČTENÝCH DAT S EXPERIMENTÁLNÍMI DATY Ing. Josef Sedlák doc. Ing. Radim Halama, Ph.D. 2012

1. EXPERIMENTÁLNÍ DATA Pro určení materiálových konstant bylo využito několik získaných souborů experimentálních dat jak se zatěžováním s řízenou amplitudou napětí (měkké zatěžování), tak i zatěžování s řízenou amplitudou poměrné deformace (tvrdé zatěžování). U kterých byly provedeny nejen dopočty napětí a celkové deformace, ale také dopočty plastické deformace, akumulované plastické deformace a šířka hysterezní smyčky. Na počátku byl stanoven modul pružnosti materiálu a Poissonovo číslo (u oceli ). Pro vypočtení plastické deformace byl využit aditivní a Hookeův zákon: Výpočet akumulované plastické deformace a to buď přímo z experimentálních dat nebo vzorcem. (1.1) ( ) (1.2) ( ) ( ) (1.3) (1.4) (1.5) Kde: ( ) akumulovaná plastická deformace v N-tém cyklu rozkmit plastické deformace (šířka hysterezní smyčky) amplituda plastické deformace amplituda celkové deformace amplituda napětí číslo cyklu 1

2. IDENTIFIKACE KONSTANT PRO MODEL ARMSTRONG FREDERICKA Armstrong Frederickův kinematický model vkombinaci s nelineárním izotropním pravidlem zpevnění vyžaduje znalost několika parametrů a to,, a. Při určování konstant je dodržována doporučená metodika z literatury (J. L. Chaboche, 1990). Při stanovování konstant jsou využity experimentální data z deformačně řízené zkoušky s rozkmitem deformace 1%. A také ze silově řízené zkoušky s amplitudou napětí 500 MPa a středním napětím 40 MPa. Uvedená ukázka identifikace parametrů umožňuje zachycení ratchetingu i cyklického zpevňování/změkčování materiálu, přičemž uvedený model plasticity lze nalézt v software Ansys, Abaqus i MSc.Nastran/Marc. 2.1. STANOVENÍ KONSTANTY První se zaměříme na získání konstanty. Vycházíme ze souboru experimentálních dat s řízenou amplitudou poměrné deformace a z rovnice pro cyklické zpevňování / změkčování popisující změnu amplitudy napětí s počtem cyklů. Také možno napsat zjednodušeně ( ) (2.1) ( ) (2.2) Pro naladění konstanty byly použity hodnoty: je vždy brána aktuální hodnota ze souboru experimentálních dat. Po vyčíslení a vykreslení do grafu se ukázala jako nejlepší hodnota. Platnost izotropního pravidla zpevnění Voce, zahrnutého v kombinovaném modelu zpevnění Armstronga a Fredericka byla ověřena např. Chabochem a Lemaitrem, viz Obr. 3 2

Obr. 1 Normovaná změna amplitudy napětí s počtem cyklů pro experiment a Armstrong-Frederickův model Obr. 2 Ověření vývoje vztahu izotropního zpevnění (osa p je v logaritmickém měřítku) 3

Obr. 3 Ověření evolučního vztahu izotropního zpevnění pro ocel 316 (J. L. Chaboche, 1990) 2.2. URČENÍ KONSTANT, A Dále budeme stanovovat konstanty, a. Zde budeme vycházet ze souboru experimentálních dat s řízenou amplitudou napětí (měkké zatěžování). Hodnota byla vypočtena pomocí experimentálních dat ze zkoušek nízkocyklové únavy při konstantním rozkmitu deformace, které jsou dány dvojicemi hodnot amplituda napětíamplituda deformace odpovídajícími vrcholům hysterezních smyček v polovině životnosti, tak aby výsledná pseudo statická křivka měla co nejmenší odchylku a byla shodná s hodnotou v polovině životnosti. ( ) (2.3) Dále je však nutné zmínit, že cílem kalibrace je naladění modelu pro správný popis ratchetingu. Pak tedy musí být dodržena podmínka rovnosti vypočteného a experimentálně stanoveného rozdílu deformací ve vrcholech stabilizovaných otevřených hysterezních smyček (2.4) 4

Přičemž dle (J. L. Chaboche, 1990) pro Armstrong-Frederickovo kinematické pravidlo zpevnění platí (bez izotropního zpevnění) ( ) ( ) [ ( ) ( ) ] (2.5) Obr. 4 Ratcheting Zde bereme a to znamená, že amplituda napětí je. V polovině životnosti (tj. při 500 cyklu) je a. Pro lepší orientaci ve veličinách je vhodné odkázat na Obr. 4. Hodnota byla kontrolována tak, aby bylo dodrženo a. Při volbě a bylo dosaženo: ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) Srovnání predikce naladěného Armstrong-Frederickova modelu s cyklickou deformační křivkou je patrné z Obr. 5. Výčet všech stanovených parametrů modelu je uveden v Tab. 1. 5

Napětí [MPa] [IDENTIFIKACE MATERIÁLOVÝCH PARAMETRŮ] 800 700 500 400 300 200 100 0 0,000 0,002 0,004 Plastická deformace [-] E PS 500 cykl Obr. 5 Ověření vývoje vztahu pro amplitudu napětí ve srovnání s experimentálními daty Tab. 1 Konstanty pro Armstrong Frederickův model Název konstanty Hodnota 250 MPa 500 MPa 108938,69 2,5-250 MPa 30 Je vhodné podotknout, že Armstrong-Frederickův model je schopen zachytit pouze konstantní ratcheting a při naladění na reálný materiál se chová téměř bilineárně. Ke stejným závěrům došel také (Magnus Ekh, 2000). 3. STANOVENÍ KOEFICIENTŮ PRO CHABOCHEŮV MODEL PLASTICITY Pro výpočet konstant Chabocheova modelu plasticity je využita cyklická deformační křivka materiálu a jediná silově řízená jednoosá zkouška s nenulovým středním napětím. Chabocheův nelineární kinematický model zpevnění umožňuje lépe zachytit tvar hysterezní smyčky resp. cyklické deformační křivky. Rovnice byly získány z literatury (Halama & al., 2007). Chceme-li optimalizovat parametry související s cyklickou deformační křivkou pomocí metody nejmenších čtverců, budeme potřebovat počáteční odhad parametrů. 6

3.1. POČÁTEČNÍ ODHAD PARAMETRŮ Statická deformační křivka, resp. cyklická deformační křivka (Halama & al., 2007). ( ) (3.1) a) Nejprve je nutné převést deformační křivku na závislost napětí plastická deformace (nikoliv celková) užitím aditivního a Hookeova zákona. b) Potom se zvolí parametr tak, aby tato hodnota přibližně odpovídala okamžiku vzniku plastické deformace Obr. 6. c) Konstanta je dána směrnicí tečny v bodě na konci dané křivky, stačí tedy provést přímkovou interpolaci posledních dvou bodů ze sady experimentálních dat. d) Konstanta je dána směrnicí tečny v bodě, kde je plastická deformace nulová, stačí tedy provést přímkovou interpolaci prvních dvou bodů ze sady experimentálních dat (uvažují-li se jen body s nenulovou plastickou deformací a bod odpovídající hodnotě ). e) Poměr lze odečíst ze vzdálenosti zakótované na Obr. 6, odtud následně získat. Obr. 6 Počáteční volba parametrů ze statické (cyklické) deformační křivky (Halama, 2009) 3.2. OPTIMALIZACE PARAMETRŮ Zpřesnění Y, C1, C2 a 1 [MPa] Chabocheova modelu plasticity provedeme pomocí nelineární metody nejmenších čtverců s využitím programu MathCad. 1) V rovnici (3.1) byly parametry C1, C2, 1 a Y nahrazeny konstantami b 1, b 2, b 3 a b 4, následně byla rovnice derivována 7

Tab. 2 Rovnice pro optimalizaci Levenberg-Marquardtovou metodou nejmenších čtverců b 1 Nederivováno b 4 tanh b p b 3 3 b p 2 Podle C1 1 tanh b p b 3 3 Podle C2 p Podle 1 b 1 b 3 tanh b 2 3 p b 1 1 tanh b p b 3 3 2 p Podle Y 1 2) Počáteční volba vektor tvořený prvotním odhadem parametrů, tedy ( ) 3) Využití funkce genfit - metoda nejmenších čtverců založená na algoritmu Levenberg- Marquardtově 4) Ověření získané aproximace grafickou formou Parametry získané po využití funkce genfit (Levenberg-Marquardtova metoda) v programu MathCad jsou uvedeny v Tab. 3. Kvalita aproximace (s použitím optimalizovaných parametrů) je zřejmá z Obr. 7. Tab. 3 Zpřesněné konstanty pro Chabocheův model Konstanta Hodnota Y 180 C1 264156 1 873 C2 20973 8

Napětí [MPa] [IDENTIFIKACE MATERIÁLOVÝCH PARAMETRŮ] 700 500 400 300 200 E CH 100 0 0 0,002 0,004 0,006 Plastická deformace [-] Obr. 7 Grafické srovnání bodů z experimentu (modré body) a zpřesněných výsledků (červeně) 3.3. CHABOCHEŮV KOMBINOVANÝ MODEL ZPEVNĚNÍ Chování materiálu je komplexně popsáno Chabocheovým kombinovaným modelem zpevnění, který superponuje vlastnosti nelineárního kinematického a nelineárního isotropního modelu zpevnění. Zavedením nenulové složky γ2 do tohoto modelu je pak možno simulovat i cyklické tečení materiálu. Tento model zpevnění lze nalézt v software Ansys a Abaqus. Pro cyklickou deformační křivku platí ( ) (3.2) Pro stanovení koeficientu můžeme využít dříve získaného, které jsme stanovovali pro model Armstrong Fredericka. U uvažovaného Chabocheova kombinovaného modelu zpevnění lze psát vztah pro statickou deformační křivku ve tvaru: Kde ( ) ( ) (3.3) (3.4) pak plyne ( ) (3.5) 9

V našem případě je možné vypočítat přímo z. Kde je vypočtená hodnota z předešlého výpočtu a a je hodnota amplitudy napětí. Z daných vztahů a po uvážení výsledných výpočtů bylo zvoleno K naladění Chabocheova modelu s ohledem na ratcheting je nutné dopočítat koeficient, například s využitím vztahu. (3.6) Tab. 4 Konstanty pro Chabocheův kombinovaný model zpevnění Konstanta Hodnota Y 180 C1 264156 1 873 C2 20973 2 0,5-320 30 4. SROVNÁNÍ DAT V software Ansys byla provedena simulace nízkocyklové zkoušky s nenulovým středním napětím 40MPa a amplitudou napětí 500MPa (měkké zatěžování) tak i zatěžování s řízenou amplitudou poměrné deformace (tvrdé zatěžování). Při modelování zkušební části (délka 10mm, průměr 5mm) byl použit prvek LINK180 jemuž byl přiřazen plošný průřez ( ). MKP síť tvoří jediný prvek s dvěma uzly. Okrajové podmínky byly zadány na levém konci tak, že jsou odebrány všechny stupně volnosti: UX,UY,UZ, na pravém uzlu byly odebrány posuvy UY,UZ. Na uzel na pravém konci je aplikována síla F (v axiálním směru prutu) u zkoušky měkkého zatěžování a poměrná deformace (v axiálním směru prutu) u tvrdého zatěžování. Pro zadávání byla použita harmonická funkce dána funkčním vztahem: ( ) (4.1) 10

Deformace celková [-] [IDENTIFIKACE MATERIÁLOVÝCH PARAMETRŮ] Jak lze poznat z funkčního předpisu je perioda T= 4 [jednotka času]. Pro výpočet síly a poměrné deformace je třeba přepočítat hodnoty pomocí Hookeova zákona. Materiálové vlastnosti byly definovány dle vypočtených hodnot jak pro Chabocheho model, tak i pro Armstrong - Frederickův model plasticity. 4.1. VÝPOČET PRO MĚKKÉ ZATĚŽOVÁNÍ Výsledky predikce ratchetingu u nízkocyklové únavové zkoušky s blokových zatěžováním (500 cyklů pro =40MPa a =500MPa, 100 cyklů pro =70MPa a =500MPa, 100 cyklů pro =100MPa a =500MPa, 100 cyklů pro =310MPa a =310MPa) jsou pro oba materiálové modely zřejmé z Obr. 8 4.2. VYPOČTENÁ DATA PRO MĚKKÉ ZATĚŽOVÁNÍ 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 E AF CH 0,005 0 0 100 200 300 400 500 700 800 Počet cyklů N Obr. 8 Srovnání výsledku experimentů a simulací jednoosého ratchetingu Z Obr. 8 je patrné dosažení optimálního dodržení trendu stabilizace deformační odezvy. Lze tedy usoudit, že materiálové konstanty výpočtových modelů jsou dostatečně naladěny pro výpočty ratchetingu. 11

Napětí [MPa] Napětí [MPa] [IDENTIFIKACE MATERIÁLOVÝCH PARAMETRŮ] 650,00 450,00 Chaboche 250,00 50,00-0,005 0,000-150,00 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030-350,00-550,00 Deformace celková [-] 798-800 698-700 500 400 300 200 160 100 80 1 Obr. 9 Vybrané hysterezní smyčky pro Chabocheův kombinovaný model zpevnění 650,00 450,00 Armstrong - Frederick 250,00 50,00-0,005 0,000-150,00 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030-350,00-550,00 Deformace celková [-] 798-800 698-700 500 400 300 200 160 100 80 1 Obr. 10 Vybrané hysterezní smyčky pro Armstrong - Frederickův kombinovaný model zpevnění 12

Napětí [MPa] [IDENTIFIKACE MATERIÁLOVÝCH PARAMETRŮ] 650 450 Experiment 250 50-0,005 0,000-150 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030-350 -550 Deformace celková [-] 798-800 698-700 500 400 300 200 160 100 80 1 Obr. 11 Vybrané hysterezní smyčky z experimentálních dat Chybné zachycení ratchetingu v počátečních cyklech lze při predikci tisíců cyklů považovat za přijatelné. Výsledky predikce jsou lépe patrné ze závislostí napětí-deformace uvedených na Obr. 9 až Obr. 11. Pro srovnání použitelnosti vybraných modelů pro výpočet Ratchetingu (převzato z literatury (Magnus Ekh, 2000)) Model A Armstrong Frederick s kombinovaným kinematickým a isotropickým zpevňováním ( isottropní je důležité pro simulaci klesajícího ratchetingu) Model J-S Jiang and Sehitoglu pouze kinematické zpevňování 13

Obr. 12 Cyklické zatěžování napěťově deformační odezva pro model A po kalibraci (Magnus Ekh, 2000) Obr. 13 Cyklické zatěžování napěťově deformační odezva pro model A po kalibraci s využitím naměřených bodů cyklu (Magnus Ekh, 2000) 14

Obr. 14 Cyklické zatěžování napěťově deformační odezva pro model J-S s M=3 po kalibraci (Magnus Ekh, 2000) Na modelu A jde vidět, že i tak jednoduchý model dokáže dostatečně zachytit průběh ratchetingu. Bohužel ale nedokáže zachytit přesný tvar hysterezní smyčky Obr. 12. To je možné zachytit pouze v tom případě, že bude model naladěn pomocí dat z posledního cyklu zkoušky. Tímto ale vzniknou veliké chyby v prvotních cyklech Obr. 12. Pro srovnání uveden model J-S, který dokáže zachytit i prvotní cykly, což je vykoupeno vyšším počtem identifikovaných konstant. 4.3. VYPOČTENÁ DATA PRO TVRDÉ ZATĚŽOVÁNÍ Simulace zkoušky s konstantním rozkmitem deformace 1% je prezentována formou závislostí napětí-deformace na Obr. 11, kde je patrné zachycení cyklického změkčování materiálu v počátečním stadiu. Podobně bylo zachyceno také cyklické změkčování u silově řízených testů na Obr. 9 a Obr. 10, kde je vidět, že v prvních cyklech se oba modely chovají také téměř elasticky. 15

Napětí [MPa] Napětí [MPa] Napětí [MPa] [IDENTIFIKACE MATERIÁLOVÝCH PARAMETRŮ] 800 Chaboche 400 200 0-0,006-0,004-0,002-200 0 0,002 0,004 0,006-400 Celková deformace [-] - -800-1000 50 10 5 1 Armstrong - Frederic 800 400 200 0-0,006-0,004-0,002-200 0 0,002 0,004 0,006-400 Celková deformace [-] - -800 50 10 5 1 Experiment 800 400 200 0-0,006-0,004-0,002-200 0 0,002 0,004 0,006-400 Celková deformace [-] - -800 50 10 5 1 Obr. 15 Vybrané hysterezní smyčky 16

Napětí [MPa] Napětí [MPa] [IDENTIFIKACE MATERIÁLOVÝCH PARAMETRŮ] E AF CH 750 700 650 550 500 450 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Počet cyklů N Obr. 16 Srovnání vývoje závislosti napětí na počtu cyklů Na Obr. 16 je patrné ustálení výpočtů s použitými modely již při 20 cyklech, avšak hodnota z experimentálních dat je o něco nižší. Toto je způsobeno tím, že jsou zobrazeny data pouze po 100-tý cyklus a materiálové konstanty modelů jsou laděny na polovinu životnosti. Na Obr. 17 je vidět, že materiál nejprve cyklicky změkčuje a přibližně okolo 100 cyklů dochází k pozvolnému zlomu. Následně pak začne materiál cyklickyzpevňovat přibližně až do poloviny životnosti. 550 500 450 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Počet cyklů N Obr. 17 Průběh napětí v závislosti na počtu cyklů u experimentálních dat získaných ze zkoušky s tvrdým zatěžováním 17

Napětí [MPa] [IDENTIFIKACE MATERIÁLOVÝCH PARAMETRŮ] 400 200 0-0,006-0,004-0,002 0 0,002 0,004 0,006-200 Celková deformace [-] E CH AF -400 - Obr. 18 Srovnání hysterezních smyček v polovině životnosti Na Obr. 18 jde vidět velmi dobrá shoda hysterezních smyček v polovině životnosti. Hysterezní smyčka z experimentálních dat je brána pro 2916-tý cyklus. 18

5. ZÁVĚR Výsledky výpočtů ukazují, že použité kombinované modely zpevnění umožňují zachytit cyklické změkčování v počátečních cyklech zatěžování a poměrně dobře zachytí trend akumulace plastické deformace (ratcheting) při jednoosém namáhání. Materiál vykazoval u silově řízených zkoušek po odeznění cyklického změkčování postupné zmenšování míry ratchetingu, což lze popsat správně pouze implementací robustnějšího modelu cyklické plasticity do konečnoprvkového software. 19

6. LITERATURA Halama, R., 2009. Experimentální poznatky a fenomenologické modelování cyklické plasticity kovů. Ostrava: VŠB-TUO. Halama, R. & al., e., 2007. Parameter Identification of Chaboche Nonlinear Kinematic Hardening Model. Ostrava: VŠB-TUO. Halama, R. & Lenert, J., 2004. Řešení bodového kontaktu pomocí MKP s ohledem na únavu materiálu. Sborník pro Workshop. J. L. Chaboche, J. L., 1990. Mechanics of Solid Materials. Cambridge: Cambridge University Press. Magnus Ekh, A. J., 2000. Models for cyclinc ratcheting plasticity - integration and calibration. Journal of Engineering Materials and Technology. Skrzypek, J. J., 1993. PLASTICITY and CREEP, Theory, Examples and Problems. Florida: CRC Press. 20