Probabilistic Simulation of Shape Instability Based on the True Microstructure Model

Abstract

Shape instability belongs to one of significant types of violation for disposable structural elements under high-stress levels. Due to lack of fundamental data on materials, it is quite problematic to consider the shape instability in the design of disposable structural elements. The crystal plastic finite element method is proposed to investigate the dispersion of shape instability life data. It allows these data to be obtained from traditional material parameters. The shape instability behavior is described with the constitutive crystal model of plastic damage accumulation. Then, to improve the accuracy of life prediction, the new method is developed to construct the simulation model of true microstructure. A modeling algorithm based on the image processing technology is provided to reduce the virtual stresses from the transient crystal plastic modeling method. Comparison of experimental and predicted results shows good agreement at high stresses close to the elastic limit of the material.

Одним из видов потери устойчивости является формоизменение элементов конструкции одноразового применения при высоких уровнях напряжений. Отсутствие основных данных о материалах не позволяет учесть этот параметр при их проектировании. Предложен метод конечных элементов в пластической постановке для оценки разброса данных о сроке службы элемента при его формоизменении. Для этого могут быть использованы традиционные параметры материала. Характер формоизменения описывается с помощью определяющей модели накопления пластических повреждений на кристалле. Разработан новый метод построения имитационной модели реальной микроструктуры с целью повышения точности прогнозирования срока службы. Моделирующий алгоритм, основанный на технологии обработки изображения, позволяет уменьшить эффект виртуальных напряжений при применении нестационарного метода пластического моделирования на кристалле. Сравнение экспериментальных и расчетных данных демонстрирует их хорошее соответствие при высоких напряжениях, близких к пределу упругости материала.