Prediction of strain localization in nonlinear strain paths

Abstract

A simulação de trajectórias de deformação não linear é importante tanto para o projeto e desenvolvimento de ferramentas para processos de conformação de chapas metálicas, que podem apresentar uma geometria muito complexa, quanto para a previsão de fractura durante o processo. Apesar da evolução dos métodos computacionais, a previsão da fractura dúctil continua a ser um desafio, principalmente em geometrias complexas. Neste contexto, foi proposto um benchmark na conferência Numisheet 2020, com o objetivo de avaliar o estado da arte na previsão de fratura dúctil em trajectórias de deformação não linear, para um aço avançado de alta resistência (DP1180).Foram construídos modelos numéricos para os testes de Marciniak e Nakazima, de modo a permitir a análise de trajectórias de deformações lineares e não lineares, bem como da localização da deformação nos provetes. Em relação ao modelo constitutivo, foram adotados os critérios anisotrópicos de plasticidade de Hill48 e Barlat91. Foram calibrados ps parâmetros da lei de encruamento de Swift, bem como de uma combinação com a lei de Voce, incluindo o parâmetro de ponderação. Os testes foram realizados para condições próxima de tensão uniaxial, deformação plana e diferentes razões de tensão biaxial.Em todos os ensaios realizados, foi possível prever a localização da deformação e a consequente queda da força de conformação. Os resultados dos testes para trajectórias de deformação monótonas destacam a importância do critério de plasticidade, que tem maior influência na trajectória de deformação prevista do que a lei de encruamento. Isso é mais evidente em condições próximas da deformação plana, que é a região onde os critérios de plasticidade apresentam maiores diferenças em termos da normal à superfície de plasticidade. Além disso, o critério de Barlat91 conduz a trajectórias de deformações mais próximas das experimentais, quando comparadas com as previstas por Hill48. Em relação à lei de encruamento, a combinação de Swift e Voce apresenta sempre uma força de punção máxima inferior, que é atingida também para um deslocamento menor. Os mesmos efeitos são válidos para trajectórias de deformação bilinear. Por fim, as informações extraídas neste trabalho a respeito da evolução da triaxialidade de tensões e do parâmetro de Lode podem ser utilizadas em trabalhos futuros para calibrar modelos não-acoplados de previsão de fratura dúctil.

The simulation of nonlinear strain paths is important both for the design and development of tools for sheet metal forming processes, which can present very complex geometries, as well as for the prediction of failures during the process. Despite the evolution of computational methods, the prediction of ductile failure continues to be a challenge, especially in complex geometries. In this context, a benchmark was proposed within Numisheet 2020 conference, with the objective to evaluate the state of the art in the prediction of ductile fracture under nonlinear strain paths, for an advanced high strength steel (DP1180).Numerical models were built for the Marciniak and the Nakazima test, enabling the analysis of both linear and non-linear strain paths, as well as the strain localization in the specimens. Regarding the constitutive model, the Hill48 and the Barlat91 anisotropic yield criterion were adopted. The Swift hardening law parameters were calibrated as well as a combination with the Voce law, including the weighting parameter. The tests were performed for conditions close to uniaxial tension, plane strain and different biaxial stress ratios.In all tests performed, it was possible to predict the strain localization and the consequent drop in the forming force. The results from the monotonic strain paths tests highlight the importance of the yield criterion, which has a greater influence on the strain path predicted than the hardening law. This is more evident under conditions close to plane strain, which is the region were the yield criteria present higher differences in terms of the normal to the yield loci. Besides, the Barlat91 leads to strain paths closer to the experimental ones, when compared with the ones predicted by Hill48. Regarding the hardening law, the combined Swift and Voce always leads to a lower maximum punch force, which is attained also for a lower displacement. The same effects are valid for the bilinear strain paths. Finally, the information extracted on this work regarding the evolution of the stress triaxiality and the Lode parameter can be used in future works to calibrate uncoupled fracture models.