Thanh bên bài viết
MÔ PHỎNG PHẦN TỬ HỮU HẠN TÍNH CHẤT PHÁ HỦY CỦA HỢP KIM NHÔM KHI THÍ NGHIỆM DẬP MẪU NHỎ
Nội dung chính của bài viết
Tóm tắt
Mục tiêu của nghiên cứu này là mô hình hóa thí nghiệm dập mẫu nhỏ sử dụng mẫu có vết khía chữ U và mô phỏng tính chất phá hủy của hợp kim nhôm AA7075-T651. Mô hình biến dạng dẻo và mô hình phá hủy Johnson-Cook được áp dụng. Kết quả mô phỏng cho thấy khi chày tác dụng lực xuống làm mẫu thí nghiệm bị biến dạng và vết khía được mở rộng. Đường cong quan hệ lực tác dụng – chuyển vị của chày thu được rất giống với dạng đường cong điển hình của thí nghiệm dập mẫu nhỏ cho thấy độ tin cậy của mô hình mô phỏng được thiết lập. Ứng suất phân bố tập trung ở vùng biến dạng của mẫu thử phía mặt ngoài, vùng rãnh khía và vùng tiếp xúc với mép chày. Ở điểm chuyển vị lớn hơn, thành phần ứng suất là lớn nhất làm kéo căng vật liệu rãnh khía theo phương X. Độ biến dạng dẻo tập trung lớn nhất dọc theo rãnh khía. Từ kết quả ứng suất và biến dạng dẻo thu được giải thích cho cơ chế hình thành vết nứt đầu tiên xuất hiện trên rãnh khía ở phía mặt ngoài mẫu thử. Sau đó, vết nứt tiếp tục phát triển dọc theo rãnh khía làm mẫu thí nghiệm bị phá hủy hoàn toàn. Cơ chế phá hủy này rất khác biệt so với trường hợp dùng mẫu thí nghiệm không có rãnh khía.
Abstract
The objective of this study is to investigate fracture behaviors of AA7075-T651 aluminum alloy during small punch test using a U-notched specimen with an application of Johnson-Cook plasticity model and Johnson-Cook damage model. The simulation results demonstrate that as the punch applies downward force, the specimen undergoes deformation with progressive opening of the notch. The obtained force-displacement curve closely resembles the typical curve of small punch test, thereby confirming the reliability of the established simulation model. The stress distribution concentrates on the outer surface of the specimen in the notched region, and the contact area with the punch edge. At larger displacement level,stress component is predominant, inducing tensile stretching of the notched material along the X-direction. The maximum plastic strain concentrates along the notch. From the distribution of stress and plastic strain, the mechanism of initial crack formation can be explained. The initial crack appears in the notched region on the outer surface of the specimen. Subsequently, the crack propagates along the notch, leading to complete specimen failure. This fracture mechanism markedly differs from that observed for un-notched specimen in small punch test.
Keywords: Aluminum alloy, Finite element simulation, Small punch test, Fracture properties.
Từ khóa
Hợp kim nhôm, Mô phỏng, Thí nghiệm dập mẫu nhỏ, Tính chất phá hủy
Chi tiết bài viết
Tài liệu tham khảo
[2] T.E. García, C. Rodríguez, F.J. Belzunce, C. Suárez (2014), Estimation of the mechanical properties of metallic materials by means of the small punch test, J Alloys Compd, Vol. 582, pp. 708–17.
[3] Phạm Thị Hằng, Nghiêm Văn Vinh (2022), Thiết kế, chế tạo bộ đồ gá thí nghiệm dập mẫu nhỏ và thử nghiệm cho mẫu thép không gỉ, Tạp chí Khoa học và công nghệ - Đại học Đà Nẵng, Số 20 (9), tr. 34 - 38.
[4] Y. T. Doan, H. T. Pham, Q. K. Le, T. H. N. Nguyen, V. V. Nghiem (2023), Experimental evaluation of fracture properties of aluminum alloy 1050-H14 by small punch test. Strength Fract. Complex., Vol. 16, No.1, pp. 61-72.
[5] S. Rasche, M. Kuna (2015), Improved small punch testing and parameter identification of ductile to brittle materials, Int J Press Vessel Pip, Vol. 125, pp. 23–34.
[6] R.J. Lancaster, S.P. Jeffs, B.J. Haigh, N.C. Barnard (2022), Derivation of material properties using small punch and shear punch test methods, Mater Des, Vol. 215, 110473.
[7] J.-B. Ju, J.-I. Jang, D. Kwon (2003), Evaluation of fracture toughness by small-punch testing techniques using sharp notched specimens, Int J Pressure Vessels Piping, Vol. 80, pp. 221–228.
[8] R. Hurst, Y. Li, K. Turba (2019), Determination of fracture toughness from the small punch test using circular notched specimens, Theor Appl Fract Mech, Vol. 103, 102238.
[9] K. Guan, D. Wang, J. Dobrovská, K. Matocha (2019), Evaluation of the ductile-brittle transition temperature of anisotropic materials by small punch test with un-notched and U-notched specimens, Theor Appl Fract Mech, Vol. 102, pp. 98–102.Álvarez, C. Rodríguez, F.J. Belzunce, T.E. García (2020), Use of notched small punch test specimens for the determination of fracture properties in structural steels, Theor Appl Fract Mech, Vol. 106, 102442.
[10] G. Álvarez, C. Rodríguez, F.J. Belzunce, T.E. García (2020), Use of notched small punch test specimens for the determination of fracture properties in structural steels, Theor Appl Fract Mech, Vol. 106, 102442.
[11] Phạm Thị Hằng, Nghiêm Văn Vinh (2024), Mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn thí nghiệm dập mẫu nhỏ cho hợp kim nhôm A1050-H14, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Số 60 (1), tr. 26 - 30.
[12] K.R.R. Babu, V. Anbumalar (2019), An experimental analysis and process parameter optimization on AA7075 T6-AA6061 T6 alloy using friction stir welding, Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, Vol. 13, No. 2, pp. 1-10.
[13] G.R. Johnson, W.H. Cook (1983), A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates, and high temperatures, Proceedings 7th International Symposium on Ballistics, pp. 541-547.
[14] G.R. Johnson, W.H. Cook (1985), Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures, Eng Fract Mech, Vol. 21, pp. 31-48.
[15] E.A. Flores-Johnson, L. Shen, I. Guiamatsia, G.D. Nguyen (2014), Numerical investigation of the impact behaviour of bioinspired nacre-like aluminium composite plates, Compos Sci Technol, Vol. 96, pp. 13-22
Các bài báo được đọc nhiều nhất của cùng tác giả
- PHẠM THỊ HẰNG, NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM DẬP MẪU NHỎ CHO HỢP KIM NHÔM Ở NHIỆT ĐỘ THẤP , Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải: Tập 80 (2024): Số 80 (11/2024)