Equivalent strain in simple shear of metals

We show that simple shear and pure shear form two groups of transformations with different properties. The equivalent strain is viewed as an external control parameter of the deformation process at low homologous temperatures. The von Mises strain satisfies group-theoretic properties of both groups, supporting its use for measuring the equivalent strain. On the other hand, the Hencky strain does not satisfy the simple shear group properties, implying that it is not appropriate for measuring the equivalent strain in simple shear. The paper also proposes a hypothesis explaining the absence of metal hardening in large simple shear deformations. This hypothesis explains why excluding rotations as prescribed by the finite strain theory is not valid.Показано, що простий і чистий зсуви утворюють дві групи перетворень з різними властивостями. Розглянуто еквівалентну деформацію як керуючий параметр процесу деформування. Показано, що деформація Von Mises задовольняє груповим властивостями і простого, і чистого зсуву, в той час як деформація Hencky не задовольняє груповим властивостям простого зсуву. На основі цього зроблено висновок про непридатність деформації Hencky в якості еквівалентної деформації простого зсуву. Висловлено й обґрунтовано гіпотезу про причину відсутності зміцнення металів при простому зсуві великої величини, яка пояснює, чому коректне (у рамках механіки кінцевих деформацій) виключення повороту, що відповідний кінцевому зсуву, призводить до невірного результату.Показано, что простой и чистый сдвиги образуют две группы преобразований с разными свойствами. Рассмотрена эквивалентная деформация как управляющий параметр процесса деформирования. Показано, что деформация Von Mises удовлетворяет групповым свойствам и простого, и чистого сдвигов, в то время как деформация Hencky не удовлетворяет групповым свойствам простого сдвига. На основе этого сделан вывод о непригодности деформации Hencky в качестве меры эквивалентной деформации простого сдвига. Высказана и обоснована гипотеза о причине отсутствия упрочнения металлов при простом сдвиге большой величины, которая объясняет, почему корректное (в рамках механики конечных деформаций) исключение поворота, соответствующего конечному сдвигу, приводит к неверному результату

Simple shear and turbulence in the metals

The paper shows that metal in microvolumes behaves as turbulent flow during large plastic deformation under simple shear scheme. This gives a unified explanation of the following effects: saturation of strain hardening; abnormally fast diffusion in the metals under large plastic deformation; specimen lengthening in free end torsion test (known as the Swift effect); equalization of metal properties in different directions after sufficiently many passes of Twist Extrusion.Изложена гипотеза о вихревом течении металлов при большой пластической деформации по схеме простого сдвига. На ее основе с единой точки зрения дана трактовка следующих эффектов: предела деформационного упрочнения в процессах интенсивной пластической деформации; так называемой аномально быстрой диффузии в пластически деформируемых металлах; удлинения образцов при кручении со свободными концами (Swift effect); выравнивания свойств металлов по различным направлениям при большом числе проходов методом винтовой экструзии. Приведены результаты экспериментов, свидетельствующие в пользу выдвинутой гипотезы.Висунуто гіпотезу про вихрову течію металів при великій пластичній деформації за схемою простого зсуву. На її основі з єдиної точки зору подано трактування наступних ефектів: межі деформаційного зміцнення в процесах інтенсивної пластичної деформації; так званої аномально швидкої дифузії при пластичнiй деформації; подовження зразків при крученні з вільними кінцями (Swift effect); вирівнювання властивостей металів за різними напрямками при великій кількості проходів методом гвинтової екструзії. Наведено результати експериментів, що свідчать на користь висунутій гіпотезі

Twist extrusion

The work presents the results of research and development on Twist Extrusion (TE) process. It was shown the two main deformation zones of TE are located at the two ends of the twist part of the die. The mode of deformation in these zones is simple shear in the transversal layers, as in high pressure torsion (HPT). In terms of strain, at the first approximation, the billet during TE like passes through two “transparent” HPT anvils. TE has a significant commercial potential due to the following physical effects: intensive grain refinement; homogenization and mixing; intensive powders consolidation. There are three main areas in TE application for the present: formation the submicron and nanostructures in the bulk metals samples; processing of the recycled non-ferrous metals and alloys for the improvement of the mechanical properties; production the bulk samples through powders consolidation. Donetsk Institute for Physics and Engineering created a TE Center to showcase the process and educate investors. Our experience with the center has shown that the most prospective directions are producing ultrafine-grained alloys for medical and aircraft applications.Представлены результаты исследований процесса винтовой экструзии (ВЭ) и разработок по его осуществлению. Показано, что основная деформация материалов при ВЭ происходит в двух зонах простого сдвига, расположенных по границам винтового участка матрицы. ВЭ имеет значительный коммерческий потенциал благодаря быстрому измельчению зерен и интенсивному массопереносу, приводящему к гомогенизации и перемешиванию материалов. В настоящее время наметились три основных направления в применении ВЭ: формирование субмикронных и наноструктур в металлах и сплавах; обработка вторичных цветных металлов и сплавов для улучшения их механических свойств; производство объемных образцов путем консолидации порошков. Донецкий физико-технический институт создал опытный участок ВЭ, чтобы продемонстрировать процесс и привлечь инвесторов. Опыт работы этого участка показал, что наиболее перспективным направлением применения ВЭ является производство субмикрокристаллических материалов для медицины и авиации

Perfect plasticity of metals under simple shear: geometrical approach

A mechanism of perfect plasticity is suggested that implies the phenomenon under study to be of ctitical nature. We consider that it is related to percolation transition in the net of grain boundaries and with nonlocal intraction of fragments uniquely under simple shear. Our point of view is substantiated by general reasoning, mainly of geometrical character, and also by employing computational modeling and well-known experimental results.Предложен механизм идеальной пластичности при простом сдвиге при низких гомологических температурах, согласно которому это явление имеет критическую природу, связанную с перколяционным переходом в сети границ зерен и нелокальным взаимодействием фрагментов именно при простом сдвиге. Точка зрения авторов обоснована довольно общими рассуждениями (в основном геометрического характера) с привлечением с этой целью результатов численного моделирования и известных экспериментальных данных.Запропоновано механізм ідеальної пластичності при простому зсуві при низьких гомологічних температурах, згідно з яким це явище має критичну природу, обумовлену перколяційним переходом у сітці границь зерен і нелокальною взаємодією фрагментів тільки при простому зсуві. Точку зору авторів обґрунтовано загальними міркуваннями з урахуванням результатів чисельного моделювання й відомих експериментальних даних

Toward architecturing of metal composites by twist extrusion

The paper presents a new route for realizing the concept of architecturing of composites by severe plastic deformation. The proposed route involves multi-pass twist extrusion of a composite with fibers. The potential of the method is first illustrated by mathematical modeling and then tested through pilot processing of a composite consisting of a copper matrix and a single aluminum fiber. Metallographic analysis revealed an unexpected shape of the fiber after processing. Finite element simulations were performed to understand the evolution of the fiber shape and to optimize the processing regime for achieving improved reinforcements in twist-extruded composites.1165Ysciescopu

Twist extrusion: review

The review of research on the twist extrusion (TE) made in Donetsk Institute for Physics and Engineering of National Academy of Sciences of Ukraine since 1999 is reported. The main features of twist extrusion are presented. It is noted Twist Extrusion has a significant commercial potential due to the following physical effects: intensive grain refinement; homogenization and mixing; intensive consolidation of powders. The engineering relations for the major Twist Extrusion characteristics are obtained. The progress in practical application of this process is shown.Представлено огляд досліджень з гвинтової екструзії (ГЕ), виконаних у ДонФТІ починаючи з 1999 р. Показано, що ГЕ має значний комерційний потенціал у зв’язку з наступними фізичними ефектами: інтенсивним подрібненням структури матеріалів; гомогенізацією і перемішуванням на різних масштабних рівнях; інтенсивною консолідацією порошкових матеріалів. Наведено інженерні співвідношення для основних характеристик ГЕ. Показано прогрес у практичному застосуванні ГЕ.Представлен обзор исследований по винтовой экструзии (ВЭ), выполненных в ДонФТИ начиная с 1999 г. Показано, что ВЭ имеет значительный коммерческий потенциал в связи со следующими физическими эффектами: интенсивным измельчением зеренной структуры материалов; гомогенизацией и перемешиванием на различных масштабных уровнях; интенсивной консолидацией порошковых материалов. Приведены инженерные соотношения для основных характеристик ВЭ. Показан прогресс в практическом применении ВЭ

Yield strength of a material pre-processed by simple shear

Modern techniques of severe plastic deformation used as a means for grain refinement in metallic materials rely on simple shear as the main deformation mode. Prediction of the mechanical properties of the processed materials under tensile loading is a formidable task as commonly no universal, strain path independent constitutive laws hold. In this paper we derive an analytical relation that makes it possible to predict the mechanical response to uniaxial tensile loading for a material that has been pre-processed by simple shear and presents a linear strain gradient in it. A facile recipe for mechanical tests on solid bars required for this prediction to be made is proposed. As a trial, it has been exercised for the case of commercial purity copper rods. The results of the derivation of the true stress-strain curve for large tensile deformation of copper are presented. The method proposed is recommended for design with metallic materials that underwent preprocessing by simple shear.Для прогнозу властивостей субмікрокристалічних металів, отриманих методами інтенсивних пластичних деформацій, необхідно знати напруження при одновісному пластичному розтягуванні після обробки великим простим зсувом (деформація зсуву більше 10). Механічні властивості матеріалів при таких непропорційних шляхах деформування вивчають в основному за допомогою трубчастих зразків. Через втрату стійкості трубок при крученні такі експерименти можливі лише для малих пружньопластичних деформацій, що не перевищують кількох відсотків. У статті запропоновано й обґрунтовано метод визначення напруги течії матеріалу, попередньо обробленого великим простим зсувом. Метод заснований на двох стандартних випробуваннях: крученні з вільними торцями й одновісному розтягуванні. Отримано співвідношення, що дозволяє по напрузі течії неоднорідного зразка, попередньо підданого крученню, знайти напругу пластичного розтягування його поверхневого шару з певною деформацією простого зсуву. Шляхом простих аналітичних оцінок показано, що пружні залишкові напруги першого роду, які виникають після розвантаження зразка, попередньо підданого крученню, практично не впливають на межу тікучості при розтягуванні.Для прогноза свойств субмикрокристаллических металлов, полученных методами интенсивных пластических деформаций, необходимо знать напряжение их течения при одноосном растяжении после обработки простым сдвигом большой величины (деформация сдвига более 10). Механические свойства материалов при таких непропорциональных путях деформирования изучают в основном с помощью трубчатых образцов. Из-за потери устойчивости трубок при кручении такие эксперименты возможны лишь для малых упругопластических деформаций, не превышающих нескольких процентов. В статье предложен и обоснован метод определения напряжения течения материала, предварительно обработанного большим простым сдвигом. Метод основан на двух стандартных испытаниях: кручении со свободными торцами и одноосном растяжении. Получено соотношение, позволяющее по напряжению течения неоднородного образца, предварительно подвергнутого кручению, найти напряжение пластического растяжения его поверхностного слоя с определенной деформацией простого сдвига. Путем простых аналитических оценок показано, что упругие остаточные напряжения первого рода, возникающие после разгрузки образца, предварительно подвергнутого кручению, практически не влияют на предел текучести при растяжении

Modeling and characterization of texture evolution in twist extrusion

ope

A genetic ensemble approach for gene-gene interaction identification

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>It has now become clear that gene-gene interactions and gene-environment interactions are ubiquitous and fundamental mechanisms for the development of complex diseases. Though a considerable effort has been put into developing statistical models and algorithmic strategies for identifying such interactions, the accurate identification of those genetic interactions has been proven to be very challenging.</p> <p>Methods</p> <p>In this paper, we propose a new approach for identifying such gene-gene and gene-environment interactions underlying complex diseases. This is a hybrid algorithm and it combines genetic algorithm (GA) and an ensemble of classifiers (called genetic ensemble). Using this approach, the original problem of SNP interaction identification is converted into a data mining problem of combinatorial feature selection. By collecting various single nucleotide polymorphisms (SNP) subsets as well as environmental factors generated in multiple GA runs, patterns of gene-gene and gene-environment interactions can be extracted using a simple combinatorial ranking method. Also considered in this study is the idea of combining identification results obtained from multiple algorithms. A novel formula based on pairwise <it>double fault </it>is designed to quantify the degree of complementarity.</p> <p>Conclusions</p> <p>Our simulation study demonstrates that the proposed genetic ensemble algorithm has comparable identification power to Multifactor Dimensionality Reduction (MDR) and is slightly better than Polymorphism Interaction Analysis (PIA), which are the two most popular methods for gene-gene interaction identification. More importantly, the identification results generated by using our genetic ensemble algorithm are highly complementary to those obtained by PIA and MDR. Experimental results from our simulation studies and real world data application also confirm the effectiveness of the proposed genetic ensemble algorithm, as well as the potential benefits of combining identification results from different algorithms.</p