عنوان

شبیه‌سازی و مطالعه عددی رفتار پلاستیک فازهای Al, S, θ ورق آلیاژ آلومینیوم AA2024 بر اساس ریزساختارهای واقعی

Number

پ۲۴۰۹۷

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

شبیه‌سازی و مطالعه عددی رفتار پلاستیک فازهای Al, S, θ ورق آلیاژ آلومینیوم AA2024 بر اساس ریزساختارهای واقعی

First Statement of Responsibility

علی آقابالائی‌وحید

Name of Publisher, Distributor, etc.

مهندسی مکانیک

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۳۹۹

Specific Material Designation and Extent of Item

۹۹ص.

Accompanying Material

سی دی

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

مکانیک ساخت و تولید

Date of degree

۱۳۹۹/۱۱/۲۱

Text of Note

امروزه مطالعه رفتار فلزات آلیاژی، به جهت اینکه رفتار تنش-کرنش آلیاژهای چند فازی به رفتار تک‌تک اجزای تشکیل‌دهنده آلیاژ (فازها) وابسته است، اهمیت و جایگاه ویژه‌ای پیداکرده است. آلیاژهای Al-Cu-Mg (گروه 2000) از دسته آلیاژهای قابل عملیات حرارتی هستند که خواص مکانیکی آن‌ها توسط پیر سختی یا رسوب سختی کنترل می‌شود. این آلیاژها از محلول جامد مس در آلومینیوم که استحکام را افزایش می‌دهد تشکیل‌شده‌اند؛ امّا بخش عمده افزایش استحکام به خاطر تشکیل رسوب‌های آلومینایی Al2Cu (فاز θ) و Al2CuMg (فاز S) است. وجود این فازها در زمینه نرم فاز آلومینیوم (فاز α) سبب می‌شود تا این آلیاژ خواص منحصربه‌فردی مانند نرخ سخت‌شوندگی اولیه بالا را دارا باشد.در این پایان‌نامه، تغییر شکل ریزساختار و رفتار پلاستیک (تنش-کرنش) تک‌تک فازهای Al, S, θ ورق آلیاژ آلومینیوم AA2024-T3 و همچنین رفتار پلاستیک کل ورق AA2024-T3 با استفاده از مدل کریستال پلاستیسیته مبتنی بر ریزساختار واقعی در طی بارگذاری کشش تک‌محوری موردبررسی قرار گرفت. ریزساختار واقعی آلیاژ آلومینیوم AA2024-T3 با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) به دست آمد. با استفاده از روش پردازش تصویر پلی کریستالی فازها به‌صورت مدل حجمک نماینده در محاسبات استفاده شد. جهات کریستالی و بافت هر یک از فازها با توجه به پارامترهای شبکه و ساختار کریستالی آن‌ها به‌صورت تصادفی ایجاد شد. درنهایت با به‌کارگیری زیربرنامه UMAT و نرم‌افزار آباکوس، مدل پلی کریستال ایجادشده تحت شبیه‌سازی کشش تک‌محوره قرار گرفت و اعتبار‌سنجی نتایج محاسباتی با نتایج داده‌های تجربی تست کشش آلیاژ آلومینیوم AA2024-T3، داده‌های مدل کریستال پلاستیسیته بدون در نظر گرفتن ریزساختار و مدل وابسته به نرخ کرنش و دما جانسون-کوک (Johnson-Cook) موردبررسی قرار گرفت. با توجه به تفاوت در قابلیت تغییر شکل پلاستیک بین فازها، نشان داده شد که چارچوب مدل‌سازی استفاده‌شده قادر به پرداختن به موضوعات اصلی است که توسط مطالعات فعلی در مورد مدل‌سازی آلیاژ آلومینیوم AA2024-T3 در نظر گرفته نشده است. علاوه بر این، بر اساس نتایج محاسباتی، کرنش عمدتاً در فاز α-Al در حدود mm/mm18/0 متمرکزشده است. کرنش پلاستیکی در درجه اول در دانه‌های α-Al و در امتداد فازهای θ و S رخ می‌دهد؛ فازهای θ-Al2Cu و S-Al2CuMg بیشترین تنش داخلی تحت بارگذاری کششی را به ترتیب در حدود MPa689 و MPa 910 دارند. نتایج مدل کریستال پلاستیسیته بر اساس ریزساختار واقعی با اطمینان 98% نسبت به داده‌های تجربی تطابق قابل قبولی ارائه داد.

Text of Note

Nowadays, the study of the deformation behavior of alloy metals has found a special importance because the stress-strain behavior of multiphase alloys depends on the behavior of each component of the alloy (phases). Al–Cu–Mg alloy systems comprise the alloys such as AA2024 in which the constituent particles are the main microstructural features that influence the mechanical properties. In this thesis, microstructure deformation and flow behavior of an AA2024-T3 aluminum alloy is studied using a real microstructure-based crystal plasticity model including α-Al and two typical strengthening phases, namely θ-Al2Cu and S-Al2CuMg during uniaxial tension loading. The actual microstructure of the AA2024-T3 aluminum alloy used in the calculations in the form of two-dimensional (2D) representative volume elements (RVE), obtained from a scanning electron microscope (SEM). The texture of each phase is generated randomly due to their lattice parameters and structures. Representative volume computations performed to quantitatively understand the impact of the α-Al, θ-Al2Cu, and S-Al2CuMg mechanical properties in the overall mechanical property of the AA2024-T3 aluminum alloy. The study results validated with the experimental results, the CPFE model data, and the Johnson-Cook model data. According to the disparity in the capacity of plastic deformation in the phases, the employed modeling approach is seen to be able to resolve the core issues not discussed by the present studies on the AA2024 modeling. It was found that the strain mainly concentrated in the α-Al approximately 0.18 mm/mm. The plastic strain localization primarily located at the α-Al matrix along the θ-phase and S-phase; θ-Al2Cu and S-Al2CuMg phases carry most of the stress about 689 MPa and 910 MPa, respectively. Microstructure-based crystal plasticity model results make precise conclusions with 98% confidence to experimental data concerning the accuracy of the model.

Variant Title

Simulation and Numerical investigation of plastic behavior of Al, S, θ phases in AA2024 aluminum alloy sheet based on real microstructure

Entry Element

‏ آقابالائی‌وحید،

Part of Name Other than Entry Element

‏‏ علی

Relator Code

تهيه کننده

Entry Element

‏شلوندی،

Entry Element

‏شلوندی،

Part of Name Other than Entry Element

‏‏ مقصود

Part of Name Other than Entry Element

مقصود

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد مشاور

Entry Element

‏ تبریز