مدل سازي ميكرومكانيكي رفتار تغييرشكل در مقياس ميكروساختار فولاد ضدزنگ 316L بر پايه مدل مدل ميكروساختاري با استفاده از روش اجزا محدود كريستال پلاستيسيته

Microstructure based micromechanical modeling of microstructural scale deformation in stainless steel 316L using crystal plasticity FEM

ماهيت ناهمسان گرد دانه هاي موجود در بافت فلزات كريستالي سبب به وجود آمدن ناسازگاري بين دانه ها در هنگام تغييرشكل مي شود. اين پديده با كوچكتر شدن مقياس تا حد ميكرو و مزو، تشديد مي شود. ناهمگني موجود در تغييرشكل در مقياس ميكرو را با قوانين بنيادي تيوري پيوسته پلاستيسيته نمي توان مورد بررسي قرار داد. در اين مطالعه رفتار تغييرشكل لغزشي فولاد ضدزنگ آستنيتي 316L در مقياس هاي ياد شده با استفاده اجزا محدود كريستال پلاستيسيته مدل سازي شده است. فرمول بندي مدل ماده با استفاده از زيربرنامه UMAT به نرم افزار آباكوس معرفي شده است. اعتبارسنجي با استفاده از مقايسه نتايج حل به روش كريستال پلاستيسيته حاصل از آباكوس با نتايج تحليلي حاصل نرم افزار متلب، انجام شده است. نتيجه مقايسه حاكي از تطابق خوب نتايج عددي و تحليلي مي باشد. در بخش دوم مدل سازي آزمون كشش روي نمونه فولاد ضدزنگ حاوي يك دانه به روش اجزا محدود كريستال پلاستيسته انجام شده است و با نتايج تجربي مورد مقايسه قرار گرفته است. نتايج نشان مي دهد كه رفتار تغييرشكل و موضعي شدن تك كريستال با روش پيشنهاد شده قابل پيش بيني بوده در حاليكه روش اجزا محدود ماكرومكانيك از شناسايي اين رفتارها ناتوان مي باشد. در بخش پاياني، مدل پلي كريستال ميكروساختار با تعداد 10 دانه توليد شد. با تعريف جهات كريستالي متفاوت براي مدل ميكروساختار توليد شده، تحليل اجزا محدود كريستال پلاستيسيته روي آن صورت گرفت. نتايج حاكي از غيريكنواخت بودن تغييرشكل در مقياس دانه بندي است. همچنين با تغيير جهات كريستالي نمودار تنش-كرنش ماده در بخش پلاستيك رفتارهاي متفاوتي را نشان مي دهد.

Grains in polycrystalline texture have anisotropic deformation nature. This cause material to show completely different behavior at meso and micro scale than they do at macro scale. To be specific, deformation at these scales is heterogeneous and cannot be modeled using constitutive equation in continuum plasticity. In this paper, in order to investigate deformation behavior of 316L stainless steel at micro scale a crystal plasticity finite element (CPFE) modeling system has been developed. The crystal plasticity equations were implemented in the ABAQUS/Implicit FE code through a user-defined material subroutine, UMAT. Verification was done through comparing the CPFE result against those obtained through implementing crystal plasticity formulation in MATLAB software. Comparison show good agreement between the analytical and CFFE result. Afterward, three dimensional simulation of tensile test on Stainless Steel type 316L is carried out using CPFE method and continuum macro mechanic FE. Deformation characteristic and localization behavior of single grain specimen during tensile test has been captured and predicted using CPFE method; on the other hand, macro mechanic finite element is unable of predicting localization and evolution of lattice at micro and meso scale. At the last part, a set of CPFE analysis are conducted on representative volume elements with 10 Grain and 5 set of different grain orientations. Results show a scattering in plastic part of stress-strain response of material with switching from one set of grain orientation to another set. It has been found that the material behavior at these scales is highly direction dependent.