Constitutive modelling of functionally graded materials for low temperature structural applications
Wariant tytułu
Modelowanie konstytutywne materiałów o strukturze gradientowej w zastosowaniach niskotemperaturowych
Autor
Sitko, Monika
Promotor
prof. dr hab. inż. Błażej Skoczeń
Data wydania
2010
Wydawca
[s.n.]
Język
angielski
Abstrakt
The main objective of the Thesis concerns further development of methods of creating functionally graded materials by the strain-induced martensitic transformation at cryogenic temperatures. Appropriate straining of structural members at low temperatures leads to creation of materials with spatial variation of properties thanks to the phase transformation. The gradient of material properties results from the amount of martensitic inclusions created in the austenite matrix. This two-phase structure containing hard, martensitic inclusions dispersed in a soft, austenitic matrix improves the effective properties of material.
In the Thesis, the fully analytical models corresponding to 1D cases are presented, based on extended version of the constitutive model of two-phase continuum with evolution of proportion between the phases, developed by Garion, Skoczeń and Sgobba [29], and kinetics of the γ→α' phase transformation proposed by Garion and Skoczeń [28]. In particular, the following cases are elaborated: tension/compression of, torsion of circular rods, bending of prismatic beams, cyclic and combined loadings applied to structural members in order to investigate the influence of the γ→α' phase transformation on adaptation and inadaptation mechanisms. The analytical models are cross-checked with the numerical model implemented in the finite element software (ANSYS).
Celem pracy jest uwzględnienie wpływu przemiany fazowej γ – α' w modelowaniu konstytutywnym stali oraz opracowanie metody uzyskiwania materiałów o strukturze gradientowej. Kontrolowany proces przemiany fazowej pozwala na uzyskanie struktury gradientowej materiału, która w znaczący sposób może polepszyć własności wytrzymałościowe konstrukcji. Poprzez odpowiedni dobór obciążeń elementów konstrukcyjnych można uzyskać pożądany rozkład odkształceń plastycznych, które inicjują powstanie martenzytu, generując tym samym obszary o zwiększonej wytrzymałości i twardości. Jednocześnie w obszarach, które nie podlegają przemianie fazowej zachowana jest ciągliwa struktura austenityczna.
Praca zawiera opis konstytutywny materiału podlegającego przemianie fazowej wraz z zastosowaniem go w podstawowych przypadkach wytrzymałościowych: ściskania/rozciągania, skręcania prętów kołowych, zginania belek pryzmatycznych i obciążeń złożonych wraz z uwzględnieniem obciążeń cyklicznych. W pracy zostały podane przykłady obliczeń analitycznych dla powyższych przypadków oraz symulacje numeryczne przeprowadzone za pomocą programu ANSYS.
