Un enfoque combinado de calibración experimental y numérica para modelar el rendimiento de productos de aleación de titanio de grado aeroespacial
Autores: Tuninetti, Víctor; Sepúlveda, Héctor; Beecher, Carlos; Rojas-Ulloa, Carlos; Oñate, Angelo; Medina, Carlos; Valenzuela, Marian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un enfoque combinado de calibración experimental y numérica para modelar el rendimiento de productos de aleación de titanio de grado aeroespacial
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Modelado por elementos finitos
Componentes aeroespaciales de titanio
Plasticidad de Johnson-Cook
Leyes de daño
Método de calibración
Tasa de deformación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
El modelado por elementos finitos para diseñar y optimizar componentes aeroespaciales de titanio liviano requiere herramientas de simulación avanzadas con un modelado de materiales adecuado. En este sentido, se propone una estrategia híbrida en este trabajo para identificar los parámetros de las leyes de plasticidad y daño de Johnson-Cook utilizando un método combinado directo-inverso. Se aplica un método de calibración directa para la ley de plasticidad basado en los datos reportados en la literatura de curvas de tensión-deformación de pruebas de tracción experimentales a diferentes temperaturas y tasas de deformación. Los parámetros de fractura dependientes de la triaxialidad de la ley de daño de Johnson-Cook en condiciones de referencia de tasa de deformación y temperatura se calibran con el método directo basado en nuevos datos de evolución experimental de la deformación de fractura promedio con la triaxialidad de tensión promedio. La validación se realiza con resultados numéricos de un modelo Ti64 basado en micromecánica preciso. El método de calibración inversa se utiliza para determinar los parámetros de daño dependientes de la tasa de deformación y la temperatura a través de simulaciones de grandes deformaciones de pruebas de tracción uniaxiales. Los resultados numéricos, que incluyen la deformación promedio y el perfil de estrangulación en la fractura, se utilizan luego para calcular la triaxialidad de tensión mediante el criterio de Bridgman para ajustar los parámetros. El modelo calibrado produce un error del 2.1% para las predicciones de plasticidad y del 3.4% para las predicciones de fractura. La capacidad de carga experimental y simulada utilizando el modelo de daño por micromecánica difirió solo en un 1%. Esto demuestra que el modelo SC11-TNT de Ti64 es confiable para identificar la ley de daño de Johnson-Cook a través del uso preciso de métodos inversos. La estrategia de calibración híbrida demuestra la capacidad potencial del modelo de Johnson-Cook identificado para predecir con precisión la capacidad de carga de diseño de componentes aeroespaciales de Ti64 bajo diferentes tasas de deformación y temperaturas, teniendo en cuenta los efectos del daño del material.
Descripción
El modelado por elementos finitos para diseñar y optimizar componentes aeroespaciales de titanio liviano requiere herramientas de simulación avanzadas con un modelado de materiales adecuado. En este sentido, se propone una estrategia híbrida en este trabajo para identificar los parámetros de las leyes de plasticidad y daño de Johnson-Cook utilizando un método combinado directo-inverso. Se aplica un método de calibración directa para la ley de plasticidad basado en los datos reportados en la literatura de curvas de tensión-deformación de pruebas de tracción experimentales a diferentes temperaturas y tasas de deformación. Los parámetros de fractura dependientes de la triaxialidad de la ley de daño de Johnson-Cook en condiciones de referencia de tasa de deformación y temperatura se calibran con el método directo basado en nuevos datos de evolución experimental de la deformación de fractura promedio con la triaxialidad de tensión promedio. La validación se realiza con resultados numéricos de un modelo Ti64 basado en micromecánica preciso. El método de calibración inversa se utiliza para determinar los parámetros de daño dependientes de la tasa de deformación y la temperatura a través de simulaciones de grandes deformaciones de pruebas de tracción uniaxiales. Los resultados numéricos, que incluyen la deformación promedio y el perfil de estrangulación en la fractura, se utilizan luego para calcular la triaxialidad de tensión mediante el criterio de Bridgman para ajustar los parámetros. El modelo calibrado produce un error del 2.1% para las predicciones de plasticidad y del 3.4% para las predicciones de fractura. La capacidad de carga experimental y simulada utilizando el modelo de daño por micromecánica difirió solo en un 1%. Esto demuestra que el modelo SC11-TNT de Ti64 es confiable para identificar la ley de daño de Johnson-Cook a través del uso preciso de métodos inversos. La estrategia de calibración híbrida demuestra la capacidad potencial del modelo de Johnson-Cook identificado para predecir con precisión la capacidad de carga de diseño de componentes aeroespaciales de Ti64 bajo diferentes tasas de deformación y temperaturas, teniendo en cuenta los efectos del daño del material.