Implementation, Calibration and Application of Ductile Fracture Conditions in FEM Programs

Předkládaná práce se zabývá problematikou tvárného porušování při monotónním zatěžování, které je výsledkem postupné degradace materiálu za rozsáhlých plastických deformací. V současné době se pro jeho popis a predikci používá velká řada modelů, jejichž kalibrace není jednoduchá. V rešeršní části jsou popsány mechanismy tvárného porušování a oblast bez porušení. Dále je uveden přehled kritérií, které jsou založeny na různých přístupech k poškozování. V rámci této dizertační práce byla navržena a použita kritéria KHPS a KHPS2. V poslední části rešerše je popsán postup stanovení křivky napětí-přetvoření a kalibrace kritérií tvárného porušování. V experimentální části je uveden přehled zkoušek, které byly provedeny za účelem kalibrace vybraných kritérií. Pomocí těchto testů bylo dosaženo různých napěťových stavů v širokém rozsahu triaxiality napětí a Lodeho parametru. V rámci této práce byl navržen speciální typ vzorku, pomocí něhož je dosahováno velmi nízké hodnoty triaxiality napětí. Všechny vzorky byly vyrobeny z oceli 12 050. Jako polotovar byly použity tažené tyče kruhového průřezu o průměru 27 mm, vyrobené z jedné tavby. Pomocí výše uvedených zkoušek byla provedena kalibrace vybraných kritérií tvárného porušování. Tato kritéria byla autorem implementována do explicitního konečnoprvkového programu ABAQUS/Explicit pomocí uživatelského podprogramu VUMAT. Vybraná kritéria byla použita pro simulaci vícestupňového protlačování, u kterého dochází k tvorbě vnitřních centrálních trhlin. Tato kritéria byla také použita na simulaci stříhání tyčí kruhového průřezu. Výsledky ze simulací byly porovnány s experimenty, které provedl průmyslový partner J-VST.The presented work is concerning with ductile fracture problematic under monotonic loading which is result of gradual material degradation at large plastic deformation. At present, a large number of models, which calibration is not trivial, are used for its prediction. Ductile fracture mechanisms and cut-off region are described in the literature search part. Next, there is given a summary of criteria which are based on different approaches to ductile fracture. There were proposed and used KHPS and KHPS2 criteria within this PhD thesis. Procedure of assessment of the stress-strain curve and ductile fracture criteria calibration are described in last part of the literature search. A summary of tests, which were done in order to calibrate chosen criteria, is given in experimental part. Various stress states within broad range of stress triaxiality and Lode parameter were reached using these tests. Special type of specimen, by which very low stress triaxiality value is reached, was designed within this work. All specimens were made from the steel 12 050. Wrought rods of one melt with circular cross-section of 27 mm in diameter were used as semi-product. Calibration of chosen ductile fracture criteria was performed using foregoing tests. These criteria were implemented by author into explicit finite element software ABAQUS/Explicit using user subroutine VUMAT. Chosen criteria were used for simulation of multistep extrusion at which formation of internal central cracks occurs. These criteria were also used for simulation of cutting of circular cross-section rods. Results from simulation were compared to experiments which were done by industrial partner J-VST.