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Título : Análisis elasto-plástico de microestructuras multifásicas policristalinas
Autor : Bonifaz, Edison (dir)
Albán Bajaña, Nelson Alejandro
Descriptores / Subjects : Análisis Estructural
Análisis Plástico
Análisis Elástico
Comportamiento Constitutivo
Fecha de Publicación : may-2015
Ciudad: Editorial : Quito, 2015.
Cita Sugerida : Tesis (Ingeniero Mecánico), Universidad San Francisco de Quito, Colegio de Ciencias e Ingeniería; Quito, Ecuador, 2015.
Resumen / Abstract: Inspirado por nanotubos, un modelo de elementos finitos 3D fue desarrollado para simular la influencia de inclusiones cilíndricas en el comportamiento mecánico de policristalino de super-aleaciones de Níquel. El modelo construido en base al modelo de endurecimiento por deformación basado en dislocaciones se utiliza para determinar la influencia de los constituyentes microestructurales (tamaño, morfología y distribución de inclusión) sobre la distribución esfuerzo-deformación inelástica. Elementos de volumen representativos (RVEs) con mallas de diferente tamaño de arista y morfología fueron ensayados para investigar la relación esfuerzo-deformación en las escalas macro y micro. Las muestras virtuales limitadas con apropiadas condiciones de contorno fueron sometidas a carga uniaxial continua. La diferencia en la orientación cristalográfica (que evoluciona en el proceso de deformación) y la incompatibilidad de la deformación entre los granos vecinos se representó con la introducción de factores Taylor promediados, módulos de elasticidad para distintos cristales y la evolución de densidad de dislocaciones geométricamente necesarias. La contribución individual de cristales orientados ([111], [110], [100]) distribuidos aleatoriamente en los RVEs, fue detectada por la correspondiente malla de elementos finitos del compuesto. Los efectos del diámetro de grano de la matriz y la distribución de las inclusiones en ésta se observan claramente. Los resultados demuestran una fuerte dependencia del esfuerzo de fluencia y de la deformación plástica con módulo elástico y límite elástico de cada fase. Se presenta una estrategia para la modelización constitutiva de granos de fase individuales. Se analizó la influencia del tamaño de grano de la matriz en la respuesta global, en términos de variaciones de tensión locales y módulos elásticos. Se observó que el módulo de elasticidad en el material compuesto no depende del tamaño de grano de la matriz.
Descripción : Inspired by nanotubes, a 3D finite element model was developed to simulate the influence of cylindrical inclusions in polycrystalline mechanical behavior of Niquel super alloys. The proposed model constructed in the basis of the dislocation based strain hardening model is used to determine the influence of microstructure attributes (size, morphology and distribution of inclusion) on the inelastic stress-strain distribution. Affordable computational representative Volume Elements (RVEs) with meshes of different edge size and morphology were tested to investigate the link between micro and macro variables of deformation and stress. The virtual specimens subjected to continuous monotonic straining loading conditions were constrained with boundary conditions. The difference in crystallographic orientation (which evolves in the process of straining) and the incompatibility of deformation between neighboring grains were accounted by the introduction of averaged Taylor factors, single crystals elastic modulus and the evolution of geometrically necessary dislocation density. The individual contribution of single oriented crystals ([111], [110], [100]) distributed in a randomly manner into the RVEs, was captured by the corresponding composite finite element mesh. The effects of the matrix grain size and distribution of inclusion are clearly observed. Results demonstrate a strong dependence of flow stress and plastic strain on phase type, elastic limit and single crystals elastic modulus. A main strategy for constitutive modeling of individual bulk grains is presented. The influence of the grain of the matrix size on the aggregate response, in terms of local stress variations and aggregate elastic moduli was analyzed. It was observed that the elastic modulus in the bulk material is not dependent on grain size of the matrix.
URI : http://repositorio.usfq.edu.ec/handle/23000/4300
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