Plastic anisotropy and formability estimation in zinc sheets
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
El comportamiento del zinc, a diferencia de otros metales HCP como el titanio y el
magnesio ha sido escasamente cubierto en la literatura. Para la lámina de aleación de zinc
Zn20 estudiada en este trabajo (hasta 0.08% de titanio, mínimo de 0.06% de cobre con
balance de zinc; porcentaje en peso), la anisotropía se aprecia claramente en las curvas
tensión-deformación y los coeficientes de Lankford. Además, se ha observado que esta
aleación muestra una fuerte influencia de la tasa de deformación y la temperatura en su
comportamiento plástico, observando cambios significativos en la respuesta con pequeñas
variaciones de estos parámetros. Estas propiedades imponen una caracterización rigurosa y
una adecuada selección del modelo constitutivo para representar el comportamiento del
material en simulaciones de conformado.
Esta investigación aborda la caracterización del comportamiento elastoviscoplástico y
dependiente de la temperatura de la aleación Zn20 a través de una metodología que abarca
caracterización experimental y modelado computacional. La caracterización incluye
ensayos de tracción, compresión, corte y acopado hidráulico. Además, se realizaron
pruebas de tracción con tres condiciones de tasa de deformación (0.002, 0.02 y 0.2 s
-1
) y
temperatura (20, 60 y 80 °C). Para determinar el campo de deformación se utilizó el
sistema de Correlación Digital de Imágenes o DIC en todos los experimentos. Los
parámetros del modelo constitutivo, se obtienen con un procedimiento de calibración que
considera las curvas de tensión-deformación en tracción y los coeficientes de Lankford.
Además, se desarrollaron ensayos de compresión para análisis de asimetría.
El modelado se basa en el criterio de fluencia de Cazacu-Plunket-Barlat 2006 (CPB-06), en
su forma asociada, y la ley de endurecimiento de Swift o Johnson-Cook. Tanto la función
de fluencia como de endurecimiento, son ajustadas exclusivamente a partir de datos
experimentales de los ensayos de tracción y compresión. En base a esto, el
comportamiento elastoplástico, cuasi estático, se llevó a cabo mediante la ley de Swift,
mientras que la dependencia a la tasa de deformación y la temperatura fueron cubiertos con
el modelo de endurecimiento de Johnson-Cook. Los resultados experimentales de todos los
ensayos de tracción se compararon con los modelos analíticos obtenidos de la aplicación
de CPB-06 con la ley de endurecimiento de Swift o Johnson-Cook. La simulación
numérica, realizada con el método de elementos finitos (FEM), se utilizó para validar la
calibración previa con los modelos de ensayos de corte y acopado hidráulico.
Los resultados numéricos obtenidos muestran una buena descripción del comportamiento
del material en los ensayos de corte y acopado hidráulico. Además, la evolución del campo
de deformación en la prueba de acopado está adecuadamente representada por el modelo,
independiente de la orientación de la muestra y la configuración de la máscara. Además, el
resultado analítico muestra que el modelo constitutivo seleccionado puede representar la
respuesta de la aleación en los ensayos de tracción para el comportamiento
elastoviscoplástico y de temperatura. Así, finalmente, se concluye que la metodología
propuesta proporciona un modelo robusto para describir la respuesta elastoplástica y
dependiente de la tasa y la temperatura de láminas de Zn20 sujetas a diferentes condiciones
de carga proporcional.
Description
Tesis (Doctor in Engineering Sciences)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2021