This Master’s Thesis was conducted during spring 2014. An experimental and numerical investigation was conducted on the austenitic 316L stainless steel. The main focus of the study was the investigation of ratcheting effects. Experimentally, the main focus was the two-rod test, which had not been conducted previously. The two-rod test resembles a structure and a load case where ratcheting effects may be produced, although being less complicated than structures used in prior studies. Furthermore, the stress state in the structure is uniaxial. Other tests were also performed to characterize the material. Based on results from uniaxial tensile tests and fully reversed strain cycling of 316L, four material models were calibrated. The four material models were Bi-linear kinematic hardening model Multilinear kinematic hardening model (Mróz) Armstrong-Frederick non-linear kinematic hardening model Chaboche non-linear kinematic hardening model with three superimposed back-stress tensors. The two-rod test was then numerically simulated with different material models. The results from the FE simulations were then compared to the test results obtained from the two-rod tests. The goal, apart from investigating the ratcheting effects in 316L steel, was to evaluate the material models’ ability to reproduce the two-rod test results. The results from the comparison suggest that the bi-linear and the multilinear material model agreed with the test results to a larger extent than the Armstrong-Frederick and Chaboche model. The two non-linear hardening material models predicted in most cases a constant ratcheting rate which did not agree with the test results. Even though the predictions of the two-rod tests with the bilinear and the multilinear models generally was better than predictions with the two non-linear hardening material models, the bilinear and the multilinear models predicted plastic shakedown in certain cases which was not observed in the tests. The employment of an isotropic part in the non-linear kinematic hardening material models might have improved the simulations’ agreement to experimental results. The setup for the two-rod test proved robust and reliable. The results suggest that structural ratcheting effects dominate the two-rod test results. Furthermore, the comparison between simulations and the two-rod tests suggest that a more advanced material model does not necessarily yield in a better prediction. / Det här examensarbetet utfördes under våren 2014. En experimentell och numerisk undersökning genomfördes på det austenitiska rostfria stålet 316L. Huvudområdet för studien var att undersöka fenomenet ratcheting (progressiv plastisk deformation). Experimentellt var huvudfokus på det så kallade tvåstångstestet, vilket tidigare inte hade utförts. Tvåstångstestet utgör en struktur och ett lastfall vari ratcheting kan skapas, samtidigt som strukturen är mer renodlad än de som undersökts i tidigare studier för samma ändamål. Dessutom är spänningstillståndet enaxligt i strukturen. Utöver tvåstångsprovning gjordes även ytterligare provning för att karaktärisera materialet. Utgående från resultat från enaxligt dragprov och fullt reverserad töjningsstyrd cykling anpassades fyra materialmodeller efter materialet. Dessa fyra materialmodeller var Bi-linjär kinematiskt hårdnande modell Multilinjär kinematiskt hårdnande modell (Mróz) Armstrong-Frederick icke-linjärt kinematiskt hårdnande modell Chaboche icke-linjärt kinematiskt hårdnande modell med tre superponerade back stress- tensorer. En FEM-modell över tvåstångsprovet användes för att simulera de olika materialmodellernas respons. Resultaten från dessa jämfördes sedan med resultaten från tvåstångsprovningen. Målet, bortsett från att karaktärisera ratchetingeffekterna i 316L-stålet, var att utvärdera materialmodellernas förmåga att återskapa resultaten från tvåstångsprovningen. Resultaten från jämförelsen mellan simuleringarna och tvåstångsprovningen pekar på att den bi-linjära och den multilinjära materialmodellen förmår återskapa provresultaten bättre än Armstrong-Frederick-modellen och Chaboche-modellen. De två sistnämnda materialmodellerna predikterade i de flesta fall konstant ratchetinghastighet, vilket inte överensstämde med provresultaten från tvåstångsprovningen. Även om predikteringen av tvåstångsprovningen med den bi-linjära och multilinjära materialmodellen överlag var bättre än för de icke-linjärt hårdnande materialmodellerna predikterade den bi-linjära och multilinjära materialmodellen i vissa fall plastisk shakedown, vilket inte sågs i provresultaten. Införandet av isotropt hårdnande i de icke-linjärt kinematiskt hårdnande materialmodellerna kan ha förbättrat simuleringarnas överensstämmande med provresultaten då materialet visar på omfattande plastiskt hårdnande, både i monotont dragprov såväl som cykliskt hårdnande. Metoden som utvecklades för tvåstångsprovningen visade sig robust och pålitlig. En slutsats som kan dras är att effekter från materialratcheting förmodligen är små i jämförelse med effekter från strukturratcheting i tvåstångsprovningen. Dessutom kan från jämförelsen mellan simuleringarna och tvåstångsprovningen sägas att en mer avancerad materialmodell inte nödvändigtvis resulterar i en prediktering som överensstämmer bättre med provningen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-178802 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Eklund, Gustav |
| Publisher | KTH, Hållfasthetslära (Inst.) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.002 seconds