Celem niniejszej rozprawy jest opracowanie numerycznych modeli pękania dla stali dwufazowej Dual Phase (DP), bazujących na idei cyfrowej reprezentacji materiału. DP stanowi swoisty kompozyt składający się z dwóch faz martenzytu w osnowie ferrytu. W tego typu stalach większa zawartość węgla przyczynia się do wzrostu twardości martenzytu i zwiększenia prawdopodobieństwa wystąpienia pęknięć o bardzo małym polu ciągliwości. Dlatego tego typu pęknięcia klasyfikowane są jako pęknięcia kruche. Z kolei faza ferrytyczna ze względu na niską zawartość węgla pęka w sposób całkowicie ciągi iwy. W związku z powyższym w opracowanym podejściu zdecydowano się wziąć pod uwagę modele uwzględniające oba te mechanizmy. Zaproponowane w pracy modele pękania wykorzystują zarówno podejścia numeryczne szeroko stosowane w symulacjach o charakterze komercyjnym oraz nowe, oparte o metodę losowych automatów komórkowych.
Pierwsze podejście umożliwia stosunkowo łatwe wykorzystanie modeli pękania kruchego oraz ciągliwego w praktycznych zastosowaniach ze względu na użycie standardowych rozwiązań stosowanych w aplikacjach numerycznych. Nowatorskie jest zastosowanie cyfrowej reprezentacji materiału oraz połączenie obu modeli pękania co pozwala na uzyskanie wyników bliższych rzeczywistości. Drugie podejście oparte o RCAFE (połączenie losowych automatów komórkowych i elementów skończonych) umożliwia uwzględnienie większości mechanizmów pękania w stalach DP, a co za tym idzie pełnego odwzorowania zachowania materiału podczas deformacji.
Title: Hybrid RCAFE model for fracture modelling in multi-phase materials.
Abstract: The main aim of this work is to create a robust model of failure for Dual Phase (DP) steels based on modern numerical approaches that take microstructure explicitly into account during simulation. Two different approaches addressing the above problem were developed. The first one is based on conventional numerical damage models, however combined with the DMR approach. Author developed a combined model of ductile and brittle fracture that occur in ferrite and martensite, respectively. Ductile fracture is modelled by the Ductile Fracture criterion implemented within conventional FE model, while brittle one is predicted by more sophisticated extended Finite Element Method (XFEM). Proper data transfer protocols between these two methods were also proposed to create a hybrid numerical model.
The conventional fracture models do not give possibilities of taking into account all fracture initiation modes that operate in DP steels namely: martensite phase fracture, delamination between martensite-ferrite phases, ferrite phase fracture and delamination between ferrite-ferrite grain boundaries. That is why these fracture modes were incorporated into the developed within the work random cellular automata model and then combined with the finite element model using VUMAT subroutine. The proposed hybrid random cellular automata finite element (RCAFE) model was identified on the basis of the in-situ tensile tests.
