Danneggiamento duttile in acciai ad alta temperatura

The main subject of this work is the study of the mechanical behaviour of martensitic steels at high temperature and different strain rates. The goal is to develop a material model to simulate hot forging processes. Using the available experimental data concerning hot tensile tests, performed by researchers of Dalmine S.p.A., and the new measurements of the deformed profiles of tested specimens, performed at laboratories of Politecnico di Milano, a calibration of the parameters of a constitutive visco-plastic model with ductile damage is obtained. The results obtained in this first phase evidence the need to modify the constitutive model. The proposed improvement, i.e. the introduction of a viscous parameter depending on the equivalent total strains, has been implemented as a users’ subroutine of a finite element code. This modification allows to gradually increase the strength as a result of the material viscous behaviour. Then the damage parameters have been identified using some micro-tomography data given by Dalmine S.p.A. The final part of this work focuses on the validation of the constitutive model. To this purpose several simulations of experimental tests on specimens of different geometries are performed. The model predictions are in good agreement with the experimental response, in particular up to the maximum force. The constitutive model provides a realistic pattern of damage and reasonable damage values. This can be useful in order to predict the location of failure within the material.

Il lavoro ha come oggetto lo studio del comportamento meccanico di acciai martensitici ad alta temperatura, sottoposti a differenti velocità di deformazione. L’obiettivo è quello di sviluppare un modello da impiegare in simulazioni numeriche dei processi di formatura a caldo. Facendo uso di dati sperimentali disponibili, ottenuti da prove di trazione a caldo su un acciaio martensitico effettuate da ricercatori di Dalmine S.p.A., e di nuove misure dei profili dei provini deformati effettuate presso i laboratori del Politecnico di Milano, si è proposta la calibrazione di un modello costitutivo visco-plastico con danneggiamento duttile. I risultati ottenuti in questa prima fase hanno evidenziato la necessità di modificare il modello costitutivo. La modifica proposta, che prevede l’introduzione della dipendenza di un parametro viscoso con le deformazioni totali equivalenti, è stata poi implementata in una subroutine di un codice di calcolo ad elementi finiti. Tale modifica è stata necessaria al fine di permettere un incremento più graduale della resistenza dovuta alla viscosità del materiale. Infine, sulla base di microtomografie fornite da Dalmine S.p.A., si è proceduto all’identificazione dei parametri di danno. E’ seguita una fase di validazione nella quale sono state simulate prove di trazione a caldo su provini con differenti geometrie. La predizione ottenuta mediante il modello costitutivo così modificato è in buon accordo con i dati sperimentali in possesso in termini di curve carico-spostamento. In particolare il modello riesce a simulare con buona accuratezza l’evoluzione della prova fino al raggiungimento del carico massimo. Il modello permette inoltre di predire in modo realistico la localizzazione del danneggiamento e i suoi valori numerici. Ciò consente di prevedere dove avverrà la rottura del materiale.