Çok Taneli Metallerin Gerinim Gradyan Kristal Plastisite Yöntemi ile Modellenmesi

Tuncay YALÇINKAYA (Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)
7 1

Proje Grubu: MAG Sayfa Sayısı: 56 Proje No: 215M381 Proje Bitiş Tarihi: 01.07.2017 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 10-12-2019

Çok Taneli Metallerin Gerinim Gradyan Kristal Plastisite Yöntemi ile Modellenmesi

Öz:
Mikro-elektronik ve mikro-cihazlar sektöründe devam eden minyatürleşme, mikroyapı seviyesindeki gözlemleri mühendislik seviyesine bağlayabilen öngörü kabiliyetine sahip araçlara olan ihityacı tetiklemektedir. Çünkü bu tarz cihazların servis ömür tahmini tamamen malzemenin davranışının temelini oluşturan etkenlerin anlaşılması ile mümkündür. Mikrometre ölçeğinde ve altında son zamanlarda yapılan çalışmalar göstermiştir ki kristal yapıya sahip malzemeler (örneğin metaller) büyük ölçekteki örneklerine göre, mikro yapı etkileri (örneğin tane boyutu, kafes kusurları ve katışkılar), gradyan etkileri (düzgün olmayan deformasyon alanı sebebi ile oluşan kafes kıvrımı) ve yüzey kısıtlamaları (örneğin sert kaplamalar veya serbest arayüzler) yüzünden farklı davranmaktadılar. Bu etkiler malzemenin büyüklüğü ve benzersiz mikro yapısı sebebi ile daha güçlü veya zayıf tepki vermesine yol açabilir. Bu büyüklüğe bağlı malzeme tepkisi, formülasyonlarında malzeme uzunluk ölçeği bulunmadığı için, standart sürekli ortamlar plastisite teorisi tarafından modellenememektedir. Ölçeğe bağlı mekanik yanıtın kapsanmasının bir yolu da gerinim gradyanlarının temel (malzeme model) kanuna katılmasından geçmektedir ki bu da çoğu gerinim gradyan plastisite teorisinin başlangıç noktasıdır. Bu kapsamda tek tane malzemelerde büyüklüğe bağlı malzeme tepkisi literaturede çok geniş olarak çalışılmasına rağmen çok taneli (çok kristalli) metal malzemelerde bu çalışmalar dünya genelinde çok kısıtlıdır. Bu araştırmanın amacı çok kristalli farklı mikro yapı özelliklerine ve boyutlarına sahip metal malzemelerin davranışlarının gerinim gradyan kristal plastisite modeli çerçevesinde analiz edilmesidir. Bu çalışma ikili kristal seviyesinden başlayıp binlerce taneye sahip gerçeksi mikro yapıya sahip malzemleri kapsayacaktır. Bu sayede mikro cihazlar sektöründe karşılaşılan standart dışı, boyuta ve mikroyapıya bağlı malzeme davranışlarının modellenmesi gerçekleştirliecek ve mikromekanik anlamda önemli çıkarımlar elde edilecektir.
Anahtar Kelime: Plastisite Cok taneli kristal plastisite Malzeme modelleme Katı cisimler mekaniği Sayısal Modelleme

Konular: Malzeme Bilimleri, Özellik ve Test Fizik, Partiküller ve Alanlar Mühendislik, Hava ve Uzay
Erişim Türü: Erişime Açık
  • Acharya A, Bassani JL (2000) Lattice incompatibility and a gradient theory of crystal plasticity. J Mech Phys Solids 48:1565–1595
  • Strain gradient polycrystal plasticity for micro-forming (Makale - Diğer Hakemli Makale)
  • Aifantis EC (1984) On the microstructural origin of certain inelastic models. J Eng Mater Technol 106:326–330
  • Microstructure Evolution in Plasticity (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum)
  • Aifantis EC (1999) Strain gradient interpretation of size effects. Int J Fracture 95:299–314
  • Arsenlis A, Parks DM, Becker R, Bulatov VV (2004) On the evolution of crystallographic dislocation density in non-homogeneously deforming crystals. J Mech Phys Solids 52:1213–1246
  • Ashby MF (1970) The deformation of plastically non-homogeneous materials. Philos Mag 21:399–424
  • Bassani JL (2001) Incompatibility and a simple gradient theory. J Mech Phys Solids 49:1983–1996
  • Bayley CJ, BrekelmansWAM, Geers MGD (2006) A comparison of dislocation induced back stress formulations in strain gradient crystal plasticity. Int J Solids Struct 43:7268–7286
  • Borg U (2007) A strain gradient crystal plasticity analysis of grain size effects in polycrystals. Eur J Mech A-Solid 26:313–324
  • Chan, W. L., Fu, M. W., Lu, J., Liu, J. G., 2010. Modeling of grain size effect on micro deformation behavior in micro-forming of pure copper. Mat. Sci. Eng. A 527, 6638–6648.
  • Chen SH, Wang TC (2000) A new hardening law for strain gradient plasticity. Acta Mater 48:3997–4005
  • Cheong KS, Busso EP, Arsenlis A (2005) A study of microstructural length scale effects on the behaviour of FCC polycrystals using strain gradient concepts. Int J Plast 21: 1797–1814
  • Dunne FPE, Rugg D, Walker A (2007) Lengthscale-dependent, elastically anisotropic, physically-based hcp crystal plasticity: Application to colddwell fatigue in ti alloys. Int J Plast 23:1061–1083
  • Evers LP, Brekelmans WAM, Geers MGD (2004) Non-local crystal plasticity model with intrinsic ssd and gnd effects. J Mech Phys Solids 52:2379–2401
  • Fleck NA, Muller GM, Ashby MF, Hutchinson JW (1994) Strain gradient plasticity: theory and experiment. Acta Metall Mater 42:475–487
  • Fleck NA, Hutchinson JW (2001) A reformulation of strain gradient plasticity. J Mech Phys Solids 49:2245–2271
  • Fleck NA, Hutchinson JW, Willis1 JR (2014) Strain gradient plasticity under non- proportional loading. Proc R Soc A 470:20140,267
  • Fulop, T., Brekelmans, W. A. M., Geers, M. G. D., 2006. Size effects from grain statistics in ultra-thin metal sheets. J. Mater. Process. Technol. 174, 233–238.
  • Gau, J., Principe, C.,Wang, J., 2007. An experimental study on size effects on flow stress and formability of aluminum and brass for microforming. J. Mater. Process. Technol. 184, 42–46.
  • Geers MGD, Brekelmans WAM, Bayley CJ (2007) Second-order crystal plasticity: internal stress effects and cyclic loading. Modelling Simul Mater Sci Eng 15:133–145
  • Gudmundson P (2004) A unified treatment of strain gradient plasticity. J Mech Phys Solids 52:1379–1406 Gurtin ME (2000) On the plasticity of single crystals: free energy, microforces, plastic-strain gradients. J Mech Phys Solids 48:989– 1036
  • Gurtin ME (2002) A gradient theory of single-crystal viscoplasticity that accounts for geometrically necessary dislocations. J Mech Phys Solids 50:5–32
  • Gurtin ME, Anand L (2009) Thermodynamics applied to gradient theories involving the accumulated plastic strain: The theories of aifantis and fleck and hutchinson and their generalization. J Mech Phys Solids 57:405–421
  • Haque MA, Saif MTA (2003) Strain gradient effect in nanoscale thin films. Acta Mater 51:3053–3061
  • Han CS, Gao H, Huang Y, Nix WD (2005a) Mechanism-based strain gradient crystal plasticityi. theory. J Mech Phys Solids 53:1188–1203
  • Han CS, Gao H, Huang Y, Nix WD (2005b) Mechanism-based strain gradient crystal plasticityii. analysis. J Mech Phys Solids 53:1204–1222
  • Huang Y, Qu S, Hwang KC, Li M, Gao H (2004) A conventional theory of mechanism-based strain gradient plasticity. Int J Plast 20:753–782
  • Hutchinson JW (2012) Generalizing j2 flow theory: Fundamental issues in strain gradient plasticity. Acta Mech Sinica 28:1078–1086
  • Kim, H. S., Lee, Y. S., 2011. Size dependence of flow stress and plastic behaviour in microforming of polycrystalline metallic materials. Proc. Inst. Mech. Eng. C J. Mech. Eng. Sci. 226, 403–412.
  • Klusemann B, Yalcinkaya T (2013) Plastic deformation induced microstructure evolution through gradient enhanced crystal plasticity based on a nonconvex helmholtz energy. Int J Plast 48:168–188
  • Klusemann B, Yalcinkaya T, Geers MGD, Svendsen B (2013) Application of non- convex rate dependent gradient plasticity to the modeling and simulation of inelastic microstructure development and inhomogeneous material behavior. Comp Mater Sci 80:51–60
  • Kuroda M, Tvergaard V (2008) On the formulations of higher-order strain gradient crystal plasticity models. J Mech Phys Solids 56:1591–1608
  • Lancioni G, Yalçinkaya T, Cocks A (2015), Energy-based non-local plasticity models for deformation patterning, localization and fracture Proc. R. Soc. A 471 (2180), 20150275
  • Levkovitch V, Svendsen B (2006) On the large-deformation- and continuum based formulation of models for extended crystal plasticity. Int J Solids Struct 43:7246–7267
  • Liang L, Dunne FPE (2009) GND accumulation in bi-crystal deformation: Crystal plasticity analysis and comparison with experiments. Int J Mech Sci 51:326–333
  • Lu, H. N., Wei, D. B., Jiang, Z. Y., Liu, X. H., Manabe, K., 2013. Modelling of size effects in microforming process with consideration of grained heterogeneity. Comput. Mater. Sci. 77, 44–52.
  • Ma A, Roters F, Raabe D (2006) A dislocation density based constitutive model for crystal plasticity fem including geometrically necessary dislocations. Acta Mater 54:2169–2179
  • Mühlhaus HB, Aifantis EC (1991) A variational principle for gradient plasticity. Int J Solids Struct 28:845–857
  • Nix WD, Gao H (1998) Indentation size effects in crystalline materials: A law for strain gradient plasticity. J Mech Phys Solids 46:411–425
  • Ohashi T (2005) Crystal plasticity analysis of dislocation emission from micro voids. Int J Plast 21:2071–2088
  • Özdemir I, Yalcinkaya T (2014) Modeling of dislocationgrain boundary interactions in a strain gradient crystal plasticity framework. Comput Mech 54:255–268
  • Ozdemir, I., 2014. Grain statistics induced size effect in the expansion of metallic micro rings. Int. J. Mech. Sci. 87, 52–59.
  • Reddy BD (2011a) The role of dissipation and defect energy in variational formulations of problems in strain-gradient plasticity. part 1: polycrystalline plasticity. Continuum Mech Thermodyn 23:527–549
  • Reddy BD (2011b) The role of dissipation and defect energy in variational formulations of problems in strain-gradient plasticity. part 2: single-crystal plasticity. Continuum Mech Thermodyn 23:551–572
  • Shu JY, Fleck NA (1999) Strain gradient crystal plasticity: Size-dependent deformation of bicrystals. J Mech Phys Solids 47:297–324
  • Simonovski I, Cizelj L (2011) Automatic parallel generation of finite element meshes for complex spatial structures. Computational Materials Science 50: 1606–1618
  • Stölken JS, Evans AG (1998) A microbend test method for measuring the plasticity length scale. Acta Mater 46:5109–5115
  • Swadenera JG, Georgea EP, Pharra GM (2002) The correlation of the indentation size effect measured with indenters of various shapes. J Mech Phys Solids 50:681–694
  • Taylor GI (1938) Plastic strain in metals. J Inst Metals 62:307–325 Volkert CA, Lilleodden ET (2006) Size effects in the deformation of sub-micron au columns. Philos Mag 86:5567–5579
  • Wang J, Lian J, Greer JR, Nix WD, Kim KS (2006) Size effect in contact compression of nano- and microscale pyramid structures. Acta Mater 54:3973– 3982
  • Yalcinkaya T, Brekelmans WAM, Geers MGD (2011) Deformation patterning driven by rate dependent nonconvex strain gradient plasticity. J Mech Phys Solids 59:1–17
  • Yalcinkaya T, Brekelmans WAM, Geers MGD (2012) Non-convex rate dependent strain gradient crystal plasticity and deformation patterning. Int J Solids Struct 49:2625–2636
  • Yalcinkaya T, Lancioni G (2014) Energy-based modeling of localization and necking in plasticity. Procedia Materials Science 3:1618–1625
  • Yefimov S, Groma I, van der Giessena E (2004) A comparison of a statistical mechanics based plasticity model with discrete dislocation plasticity calculations. J Mech Phys Solids 52:279–300
  • Zhang, H., Dong, X., 2015. Physically based crystal plasticity FEM including geometrically necessary dislocations: Numerical implementation and applications in micro-forming. Comput. Mater. Sci. 110, 308–320.
  • Zhang, H., Dong, X., 2016. Experimental and numerical studies of coupling size effects on material behaviors of polycrystalline metallic foils in microscale plastic deformation. Mat. Sci. Eng. A-Struct. 658, 450–462.
APA YALÇINKAYA T (2017). Çok Taneli Metallerin Gerinim Gradyan Kristal Plastisite Yöntemi ile Modellenmesi. , 1 - 56.
Chicago YALÇINKAYA Tuncay Çok Taneli Metallerin Gerinim Gradyan Kristal Plastisite Yöntemi ile Modellenmesi. (2017): 1 - 56.
MLA YALÇINKAYA Tuncay Çok Taneli Metallerin Gerinim Gradyan Kristal Plastisite Yöntemi ile Modellenmesi. , 2017, ss.1 - 56.
AMA YALÇINKAYA T Çok Taneli Metallerin Gerinim Gradyan Kristal Plastisite Yöntemi ile Modellenmesi. . 2017; 1 - 56.
Vancouver YALÇINKAYA T Çok Taneli Metallerin Gerinim Gradyan Kristal Plastisite Yöntemi ile Modellenmesi. . 2017; 1 - 56.
IEEE YALÇINKAYA T "Çok Taneli Metallerin Gerinim Gradyan Kristal Plastisite Yöntemi ile Modellenmesi." , ss.1 - 56, 2017.
ISNAD YALÇINKAYA, Tuncay. "Çok Taneli Metallerin Gerinim Gradyan Kristal Plastisite Yöntemi ile Modellenmesi". (2017), 1-56.
APA YALÇINKAYA T (2017). Çok Taneli Metallerin Gerinim Gradyan Kristal Plastisite Yöntemi ile Modellenmesi. , 1 - 56.
Chicago YALÇINKAYA Tuncay Çok Taneli Metallerin Gerinim Gradyan Kristal Plastisite Yöntemi ile Modellenmesi. (2017): 1 - 56.
MLA YALÇINKAYA Tuncay Çok Taneli Metallerin Gerinim Gradyan Kristal Plastisite Yöntemi ile Modellenmesi. , 2017, ss.1 - 56.
AMA YALÇINKAYA T Çok Taneli Metallerin Gerinim Gradyan Kristal Plastisite Yöntemi ile Modellenmesi. . 2017; 1 - 56.
Vancouver YALÇINKAYA T Çok Taneli Metallerin Gerinim Gradyan Kristal Plastisite Yöntemi ile Modellenmesi. . 2017; 1 - 56.
IEEE YALÇINKAYA T "Çok Taneli Metallerin Gerinim Gradyan Kristal Plastisite Yöntemi ile Modellenmesi." , ss.1 - 56, 2017.
ISNAD YALÇINKAYA, Tuncay. "Çok Taneli Metallerin Gerinim Gradyan Kristal Plastisite Yöntemi ile Modellenmesi". (2017), 1-56.
Sayfa Oluşturulma Tarihi
18-04-2024 3:6

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları