Análisis elasto-plástico de microestructuras multifásicas policristalinas

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.