Numerical analysis on the formation of plastic instabilities under dynamic tension

In this undergraduate thesis project, a numerical analysis regarding the plastic instabilities formation in metallic alloys subjected to dynamic loads is developed. These kinds of studies have an important interest in several industrial sectors due to the localization processes during deformation have influence on the capacity of a metal for energy absorption under dynamic solicitations. First of all, the influence of strain rate sensitivity on plastic instabilities formation has been studied. For this, a dynamic tension numerical model with specimens of aluminum 7075 has been built. The fundamental role of the strain rate sensitivity as homogenizing agent of the material behavior has been proven. Moreover, it has been found that an increment in the strain rate sensitivity causes a delay in the localization process, increasing the capacity of the material for absorbing energy. On the other hand, the importance of the strain hardening on flow localization has been studied. For this, a numerical model of the ring expansion test using specimens of austenitic steel 301Ln2B has been built. It has been proven that there exists a certain value of the strain hardening for which strain localization never takes place. As the strain rate sensitivity, the strain hardening acts as homogenizing agent of the material behavior, increasing the capacity of the material for absorbing energy under dynamic conditions. Finally, with the fundamental objective of advancing in the understanding of the effects previously presented, the role of the constitutive relation on the material behavior predictions under impact solicitations has been studied. For this purpose, three different physical-­‐based constitutive relations have been used to model the behavior of OFHC copper specimens subjected to the dynamic tension and ring expansion tests. It has been proven that even when constitutive descriptions with similar background are used, the predictions they provide regarding the capacity of the material for energy absorption under dynamic conditions are different. It has been confirmed that both the definition of the strain rate sensitivity and the strain hardening of each constitutive description determines in a notable way the predictions of the numerical model. ________________________________________________________________En este proyecto fin de carrera se ha llevado a cabo un estudio numérico sobre la formación de inestabilidades plásticas en aleaciones metálicas sometidas a cargas dinámicas. Este tipo de estudios suscita un gran interés en diversos sectores industriales ya que los procesos de localización de deformación en metales condicionan la capacidad de los mismos para absorber energía bajo solicitación dinámica. En primer lugar se ha estudiado la influencia de la sensibilidad a la velocidad de deformación en la generación de inestabilidades plásticas. Para ello se ha desarrollado un modelo numérico del ensayo de tracción dinámica aplicado a probetas de aluminio 7075. Se ha probado el papel fundamental de la sensibilidad a la velocidad de deformación como agente homogeneizador del comportamiento mecánico del material. Así, un incremento en la sensibilidad a la velocidad de deformación causa un retardo en la localización de la deformación aumentando la capacidad del material para absorber energía. Por otro lado, se ha estudiado la importancia que el endurecimiento por deformación tiene en el proceso de localización de la deformación. Para ello se ha construido un modelo numérico del ensayo de expansión radial de anillo aplicado a probetas de acero 301Ln2B. Se ha probado que para niveles de endurecimiento por deformación superiores a un cierto valor umbral no se produce la localización del flujo de tensión. Al igual que la sensibilidad a la velocidad de deformación, el endurecimiento por deformación actúa como agente estabilizador del comportamiento del material, incrementando su capacidad para absorber energía en condiciones dinámicas. Finalmente, y con el objetivo fundamental de avanzar en el entendimiento de los efectos expuestos previamente, se ha analizado el papel que la ley de endurecimiento tiene en las predicciones del comportamiento frente a impacto de un cierto material. A este efecto se han utilizado tres ecuaciones constitutivas de fundamentación física para simular la respuesta de probetas de cobre OFHC sometidas a tracción dinámica y expansión radial de anillo. Se ha demostrado que incluso utilizando ecuaciones constitutivas de similar fundamentación, éstas predicen valores diferentes sobre la capacidad del material para absorber energía en condiciones dinámicas. Se ha constatado que la definición tanto de la sensibilidad a la velocidad de deformación como del endurecimiento por deformación de cada una de las relaciones utilizadas condicionan de manera notable las predicciones del modelo numérico.Ingeniería Industria