[13.12.2021]
Обработка металлов давлением — это многогранный процесс, который включает в себя явления, проявляющиеся как на микроуровне (микропоры, микроструктура и пр.) так и на макроуровне (складки, прострелы и пр.). Моделирование микроскопического явления непосредственно в макроскопической модели,
во многих случаях, непрактично из-за большой ресурсоемкости такой модели.
Компания SFTC представила новое эффективное решение – RVE (Representative Volume Element) входящее в состав DEFORM Material Suite позволяющее моделировать элементарный объем.
Это средство эффективного соотнесения макромасштаба с микромасштабом. Оно позволяет осуществить прогнозирование явлений на микроуровне,
исходя из термомеханической истории в выбранных точках (Инструмент - Point tracking) обычного моделирования DEFORM, на макроуровне.
2D / 3D моделирование RVE предлагает системный подход для анализа поведения пор, пустот, включений, зёренной структуры, а также текстуры (рис. слева).
RVE помогает отобразить локальные поля напряжений и деформаций, схлопывание и образование пустот, форму, размер и ориентацию зерен, текстуру и т. д.
Component Model
RVE Models
Пример анализа схлопывания пустот
Внутренняя пористость или пустоты являются типичными дефектами слитков. Эти пустоты необходимо закрыть во время первичных операций ковки, чтобы впоследствии они не выступали в качестве мест зарождения трещин или других дефектов.
Два подхода к оценке закрытия пустот проиллюстрированы на примере осадки цилиндра (рис. слева). Исходная модель осадки заготовки, так же включала геометрию пустот в пяти местах. Согласно прогнозам DEFORM, пустоты вдоль центральной линии (от P1 до P3)
закрываются в середине процесса деформирования. Приповерхностные пустоты (P4 и P5) не закрылись полностью даже в конце операции.
Рис. Ли, Ю. С. и др. «Анализ закрытия внутренних пустот во время ковки крупных слитков, с использованием моделирования». (2011).
Проблема с классическим подходом моделирования пустот заключается в том, что для моделирования небольших пустот в модели большой заготовки требуется значительное повышение плотности сетки в области пустот и отслеживание перемещения окон плотности.
По мере того, как разница в масштабе или сложность модели становятся более значительными,
количество конечных элементов модели и требуемое время расчета становятся недопустимо большими.
При решении подобной задачи с RVE, первым шагом является запуск моделирования на макроуровне, без расчета микромасштабных явлений. Это происходит относительно быстро из-за относительной однородности модели. Отслеживание переменных состояния в выбранных точках обеспечивает получение
термомеханической истории, которая будет использоваться в качестве входных данных для последующих моделей RVE.
Рис. Моделирование включений при классическом подходе
На следующем шаге выполняется моделирование поведения пустот с использованием модели RVE в Material Suite. Пользователи могут изменять параметры RVE и неоднократно моделировать RVE в разных вариантах настроек без повторного расчета основного моделирования на макроуровне.
Модели RVE просчитываются относительно быстро, что позволяет значительно экономить время при исследовании.
В приведённом примере модель RVE использовалась для прогнозирования закрытия пустот, так же в пяти местах. Пять точек (от P1 до P5) были расположены в модели на макроуровне.
Деформация, напряжение и температура в этих точках были извлечены и использованы для последующего моделирования поведения пустот.
Настройка RVE для каждой пустоты начиналась с выбора одинаковой геометрии и сетки (куб со сферической порой). Тем не менее, каждая модель деформировалась по-разному в зависимости от истории моделирования в конкретном месте.
Пустоты в точках от P1 до P3 закрылись (красный цвет означает самоконтакт), в то время как пустоты в точках P4 и P5 не закрылись.
Объем пустот в зависимости от хода плиты, показан на графике (справа).
Моделирование RVE - одна из важных функций DEFORM Material Suite, но есть и многие другие. Разные примеры использования и другие детали о Material Suite будут опубликованы в будущих новостях DEFORM. Но уже сейчас вы можете узнать все интересующие вас подробности, связавшись с сотрудниками ТЕСИС.
Рис. Моделирование включений при использовании RVE
Юбилейная веха
В этом году разработчику DEFORM - компании SFTC исполняется 30 лет! Эта компания была основана в августе 1991 года для создания передовых инструментов проектирования и анализа процессов металлообрабатывающей промышленности.
Мы хотели бы воспользоваться этой возможностью,
чтобы искренне поблагодарить наших партнеров и пользователей DEFORM за их доверие и поддержку на протяжении многих лет.
