A keménységmérés során létrejövő hidrosztatikus és plasztikus alakváltozási zónák modellezése végeselemes módszerrel
Modeling of Hydrostatic and Plastic Deformation Zones Formed During Hardness Testing Using the Finite Element Method
OLÁH Ferenc, HORVÁTH Richárd, RÉGER Mihály
végeselemes modellezés, VEM, keménység, gömb indenter, hidrosztatikus mag, plasztikus alakváltozási zóna, táguló üreg modell (ECM), S235JR (1.0045) acél
finite element modelling, FEM, hardness, sphere indenter, hydrostatic core, plastic deformation zone, expanding cavity model (ECM), S235JR (1.0045) steel
A kutatómunka célja a hidrosztatikus és képlékeny alakváltozási zónák méretének és alakjának elemzése egy homogén fémes anyag gömb alakú indenterrel történő terhelése során. A végeselemes vizsgálatok (VE) eredményeit a mérési adatok és a belső nyomás hatására táguló üreg (expanding cavity model, ECM) analitikus modelljének megoldásai tükrében értékeltük. Megállapítható, hogy az alakítási keményedés figyelembevétele esetén – a d/D (lenyomat átmérő/indenter átmérő) = 0,42-0,5 tartományban – megfelelő egyezés adódik a mért és a VE-számítással kapott keménységi eredmények között. Bebizonyosodott, hogy az ECM-modell alábecsüli a hidrosztatikus zóna méretét és túlbecsüli a képlékeny deformációs zóna méretét. A VE számítások azt is igazolták, hogy mind a hidrosztatikus, mind a plasztikus zóna összetettebb alakú, mint az ECM modellben feltételezett félgömb alak. A vizsgált esetekben az indenter alatt kialakuló plasztikus és hidrosztatikus zónák térfogatának aránya a d/D aránytól szinte függetlenül 6 körüli érték a d/D=0,42-0,5 tartományban. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a gömb alakú indenterrel végzett keménységmérés megbízhatósága akkor a legnagyobb, ha a d/D arány 0,42-0,5 közötti. A tanulmány reprodukálható módszert ismertet a hidrosztatikus mag és a plasztikus zóna közötti határvonal meghatározására.
The aim of this research is to analyze the size and shape of hydrostatic and plastic deformation zones during the loading of a homogeneous metallic material with a spherical indenter. The results of finite element method (FEM) were evaluated in comparison with measurement data and the solutions of the expanding cavity model (ECM), an analytical model describing cavity expansion under internal pressure. It was found that when strain hardening is considered, good agreement is obtained between the measured hardness values and those calculated using FEA within the range of d/D (indentation diameter/indenter diameter) = 0,42-0.5. It has been demonstrated that the ECM model underestimates the size of the hydrostatic zone and overestimates the size of the plastic deformation zone. FEM calculations also showed that both the hydrostatic and plastic zones have a more complex shape than the hemispherical form assumed by the ECM model. In the examined cases, the volume ratio of the plastic and hydrostatic zones formed under the indenter was approximately 6, almost independently of the d/D ratio, within the range of d/D = 0.42-0.5. These results indicate that the reliability of hardness testing with a spherical indenter is highest when the d/D ratio is between 0.42 and 0.5. The study presents a reproducible method for determining the boundary between the hydrostatic core and the plastic zone.
Letöltés
Megjelent
2024/IV. lapszám
Kiadvány címe
Új DXR hajlítható röntgen detektorok
Mechanikai vizsgálatok (Mechanical Tests)
8 - 17
A keménységmérés során létrejövő hidrosztatikus és plasztikus alakváltozási zónák modellezése végeselemes módszerrel
Modeling of Hydrostatic and Plastic Deformation Zones Formed During Hardness Testing Using the Finite Element Method
OLÁH Ferenc, HORVÁTH Richárd, RÉGER Mihály
végeselemes modellezés, VEM, keménység, gömb indenter, hidrosztatikus mag, plasztikus alakváltozási zóna, táguló üreg modell (ECM), S235JR (1.0045) acél
finite element modelling, FEM, hardness, sphere indenter, hydrostatic core, plastic deformation zone, expanding cavity model (ECM), S235JR (1.0045) steel
A kutatómunka célja a hidrosztatikus és képlékeny alakváltozási zónák méretének és alakjának elemzése egy homogén fémes anyag gömb alakú indenterrel történő terhelése során. A végeselemes vizsgálatok (VE) eredményeit a mérési adatok és a belső nyomás hatására táguló üreg (expanding cavity model, ECM) analitikus modelljének megoldásai tükrében értékeltük. Megállapítható, hogy az alakítási keményedés figyelembevétele esetén – a d/D (lenyomat átmérő/indenter átmérő) = 0,42-0,5 tartományban – megfelelő egyezés adódik a mért és a VE-számítással kapott keménységi eredmények között. Bebizonyosodott, hogy az ECM-modell alábecsüli a hidrosztatikus zóna méretét és túlbecsüli a képlékeny deformációs zóna méretét. A VE számítások azt is igazolták, hogy mind a hidrosztatikus, mind a plasztikus zóna összetettebb alakú, mint az ECM modellben feltételezett félgömb alak. A vizsgált esetekben az indenter alatt kialakuló plasztikus és hidrosztatikus zónák térfogatának aránya a d/D aránytól szinte függetlenül 6 körüli érték a d/D=0,42-0,5 tartományban. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a gömb alakú indenterrel végzett keménységmérés megbízhatósága akkor a legnagyobb, ha a d/D arány 0,42-0,5 közötti. A tanulmány reprodukálható módszert ismertet a hidrosztatikus mag és a plasztikus zóna közötti határvonal meghatározására.
The aim of this research is to analyze the size and shape of hydrostatic and plastic deformation zones during the loading of a homogeneous metallic material with a spherical indenter. The results of finite element method (FEM) were evaluated in comparison with measurement data and the solutions of the expanding cavity model (ECM), an analytical model describing cavity expansion under internal pressure. It was found that when strain hardening is considered, good agreement is obtained between the measured hardness values and those calculated using FEA within the range of d/D (indentation diameter/indenter diameter) = 0,42-0.5. It has been demonstrated that the ECM model underestimates the size of the hydrostatic zone and overestimates the size of the plastic deformation zone. FEM calculations also showed that both the hydrostatic and plastic zones have a more complex shape than the hemispherical form assumed by the ECM model. In the examined cases, the volume ratio of the plastic and hydrostatic zones formed under the indenter was approximately 6, almost independently of the d/D ratio, within the range of d/D = 0.42-0.5. These results indicate that the reliability of hardness testing with a spherical indenter is highest when the d/D ratio is between 0.42 and 0.5. The study presents a reproducible method for determining the boundary between the hydrostatic core and the plastic zone.
Letöltés
Megjelent
2024/IV. lapszám
Kiadvány címe
Új DXR hajlítható röntgen detektorok
Mechanikai vizsgálatok (Mechanical Tests)
8 - 17