Numerical simulation of sheet metal forming using anisotropic strain-rate potentials

For numerical simulation of sheet metal forming, more and more advanced phenomenological functions are used to model the anisotropic yielding. The latter can be described by an adjustment of the coefficients of the yield function or the strain rate potential to the polycrystalline yield surface determined using crystal plasticity and X-ray measurements. Several strain rate potentials were examined by the present authors and compared in order to analyse their ability to model the anisotropic behaviour of materials using the methods described above to determine the material parameters. Following that, a specific elastic-plastic time integration scheme was developed and the strain rate potentials were implemented in the FE code. Comparison of the previously investigated potentials is continued in this paper in terms of numerical predictions of cup drawing, for different bcc and fcc materials. The identification procedure is shown to have an important impact on the accuracy of the FE predictions.International audienceFor numerical simulation of sheet metal forming, more and more advanced phenomenological functions are used to model the anisotropic yielding. The latter can be described by an adjustment of the coefficients of the yield function or the strain rate potential to the polycrystalline yield surface determined using crystal plasticity and X-ray measurements. Several strain rate potentials were examined by the present authors and compared in order to analyse their ability to model the anisotropic behaviour of materials using the methods described above to determine the material parameters. Following that, a specific elastic-plastic time integration scheme was developed and the strain rate potentials were implemented in the FE code. Comparison of the previously investigated potentials is continued in this paper in terms of numerical predictions of cup drawing, for different bcc and fcc materials. The identification procedure is shown to have an important impact on the accuracy of the FE predictions

Etude du comportement élastoplastique d'agrégats polycristallins par homogénéisation numérique FFT

Dans ce travail nous proposons une méthode d'homogénéisation en champ complet basée sur la transformée de Fourier rapide (FFT) pour étudier le comportement mécanique élastique et plastique des polycristaux. Pour cela , différentes microstructures artificielles ont été générées afin d'étudier la sensibilité à l'échelle global et à l'échelle des grains en élasticité , et en plasticité il s'agira d'introduire des nouveaux critères et étudier leurs influence

Hardening description for FCC materials under complex loading paths

International audienceThe present work aims at exploring self and latent hardening for FCC polycrystals under complex loading paths at room temperature. Combinations of simple loading paths sequences, such as tension and simple shear, with different orientations with regard to rolling direction, are considered. Experimental results are compared to finite element computations of polycrystalline aggregates taking into account the material microstructure, and to simulations based on mean field models

PARAMETER IDENTIFICATION OF ADVANCED PLASTIC POTENTIALS AND IMPACT ON PLASTIC ANISOTROPY PREDICTION

In the work presented in this paper, several strain rate potentials are examined in order to analyze their ability to model the initial stress and strain anisotropy of several orthotropic sheet materials. Classical quadratic and more advanced non-quadratic strain rate potentials are investigated in the case of FCC and BCC polycrystals. Different identifications procedures are proposed, which are taking into account the crystallographic texture and/or a set of mechanical test data in the determination of the material parameters.International audienceIn the work presented in this paper, several strain rate potentials are examined in order to analyze their ability to model the initial stress and strain anisotropy of several orthotropic sheet materials. Classical quadratic and more advanced non-quadratic strain rate potentials are investigated in the case of FCC and BCC polycrystals. Different identifications procedures are proposed, which are taking into account the crystallographic texture and/or a set of mechanical test data in the determination of the material parameters

Suivi par diffraction des hétérogénéités de déformation dans un acier duplex

To validate mean- and full-field micromechanical models, we have performed elastic strain measurements using several diffraction techniques (neutrons,transmission and reflexion under synchrotron radiation, and laboratory X-ray) during which the specimen was tensile deformed in-situ. Application has been performed on a duplex steel (ferrite and austenite) as an example of two-phase high-strength polycrystals. The uncertainty and relevance of the different measurements will be discussed and compared with simulations based on an elasto-viscoplastic self-consistent model

The evolution with strain of the stored energy in different texture components of cold-rolled if steel revealed by high resolution X-ray diffraction

During the deformation of low carbon steel by cold-rolling, dislocations are created and stored in grains depending on local crystallographic orientation, deformation, and deformation gradient. Orientation dependent dislocation densities have been estimated from the broadening of X-ray diffraction lines measured on a synchrotron beamline. Different cold-rolling levels (from 30% to 95% thickness reduction) have been considered. It is shown that the present measurements are consistent with the hypothesis of the sole consideration of screw dislocations for the analysis of the data. The presented evolutions show that the dislocation density first increases within the α fiber (={hkl}) and then within the γ fiber (={111}). A comparison with EBSD measurements is done and confirms that the storage of dislocations during the deformation process is orientation dependent and that this dependence is correlated to the cold-rolling level. If we assume that this dislocation density acts as a driving force during recrystallization, these observations can explain the fact that the recrystallization mechanisms are generally different after moderate or large strains

Simulation numérique par éléments finis d'agrégats polycristallins soumis à des chargements thermomécaniques issus du soudage

Le soudage multi-passes de tubes en acier inoxydable austénitique implique des chargements thermomécaniques cycliques complexes, susceptibles d’affecter le matériau au-delà de la zone affectée thermiquement, et dont les effets sur les hétérogénéités de contraintes et de déformations intra et intergranulaires sont encore mal compris. Afin d’analyser numériquement l’influence des textures cristallographique (orientations et désorientations cristallines) et morphologique (taille et forme des grains) sur ces hétérogénéités, des simulations par éléments finis sur des structures idéalisées ont été effectuées à l’aide du code de calcul Abaqus©. Des agrégats polycristallins 3D ont été générés par extrusion de géométries 2D, issues de pavages réguliers ou d’images de microstructures réelles déterminées par MEB-EBSD. Le comportement du monocristal a été supposé thermoélastoviscoplatique anisotrope. L’orientation de chaque grain a été définie soit à partir des mesures EBSD, soit générée aléatoirement. Les conditions de chargement ont été appliquées à partir d’un calcul de soudage réalisé par Areva avec le logiciel Sysweld. La prise en compte dans Abaqus de l’ensemble de ces hypothèses a nécessité le développement de procédures utilisateurs permettant aux deux logiciels de communiquer et de traiter ainsi l'aspect multi-échelle. Les paramètres de la loi de comportement ont été identifiés par méthode inverse à partir de données de la littérature sur le comportement du matériau en traction à différentes températures, de 300 à 1200 K. Des procédures spécifiques de post-traitement en python ont également été développées, notamment pour calculer les contraintes normales et tangentielles aux joints de grains. Les résultats montrent les évolutions de distributions de champs mécaniques pour différentes configurations, caractérisées par des désorientations aléatoires ou exacerbées, et pour différentes orientations des joints de grains par rapport aux axes du chargement imposé. Les résultats sont discutés par comparaison avec les simulations numériques réalisées pour un comportement mécanique isotrope sur un matériau homogène

Étude expérimentale et simulation numérique, au moyen de modèles de plasticité cristalline, de chargements non proportionnels.

Le comportement plastique de matériaux à structure cubique est ici étudié sous chargements complexes et à température ambiante. Les résultats expérimentaux multi-échelles sont confrontés aux simulations numériques par éléments finis du comportement d'agrégats polycristallins, et aux modélisations par homogénéisation. Des combinaisons de trajets de chargement simple sont considérées, pour différentes orientations des éprouvettes. Des mesures locales de champs de déformation sont effectuées par corrélation d'images sous microscope électronique à balayage tandis que la déformation macroscopique est obtenue par extensométrie classique. Les simulations éléments finis correspondantes sont effectuées sur un agrégat polycristallin prenant en compte la microstructure du matériau. La texture, mesurée par diffraction aux rayons-X, est représentée. Plusieurs modèles de monocristaux, introduisant les douze systèmes de glissement de la famille octaédrique, sont considérés. Plusieurs options pour la prise en compte de l'auto-écrouissage et de l'écrouissage latent sont étudiées. Enfin, la comparaison entre simulations et essais expérimentaux s'effectue sur trois types de variables~: à l'échelle globale grâce aux réponses macroscopiques, à l'échelle locale avec les champs de déformation obtenus, et en moyenne par phase. Des informations sur la pertinence des règles de transition d'échelle sont déduites