Thermodynamically consistent damage evolution model coupled with rate-dependent crystal plasticity: Application to high-strength low alloy steel at various strain rates
Notice bibliographique
Résumé
• Experimental characterization of HSLA steel is conducted. • Rate sensitive damage evolution model is proposed. • Thermodynamic framework is developed to capture internal temperature rise. • Thermodynamically consistent rate-dependent crystal plasticity damage model is developed and validated. • Stress-strain response and internal temperature changes are successfully predicted. High-strength low-alloy (HSLA) steels demonstrate superior strength and load-bearing capacity compared to traditional plain carbon steel. However, these steels are susceptible to microstructural damage even at intermediate strain rates, which can compromise their performance in automotive application. This research aims to investigate the stress-strain response, internal temperature rise, and damage evolution in HSLA steels under quasi-static and intermediate strain rates. The initial microstructure of two different grades of HSLA steels, HR340 and HR550, are characterized using Electron Backscatter Diffraction (EBSD) data. During uniaxial tensile tests at various strain rates, a high-speed infrared thermal camera is utilized to capture the rise of the instantaneous surface temperature within the gauge section of the specimens. A new, thermodynamically consistent rate-dependent crystal plasticity formulation is developed. The damage evolution is governed by a thermodynamic driving force that accounts for various effects (i.e., temperature, void nucleation, and void growth). A power-law based damage formulation is proposed to account for the effects of strain rates and internal temperature rise on the damage evolution. The constitutive model is implemented into a crystal plasticity (CP) formulation to study the effects of damage, temperature and texture evolution on localized deformation in HSLA steel. The constitutive model is calibrated using experimental stress-strain data and temperature evolution measurements at different strain rates. The new model not only accurately predicts the softening/post-necking behaviour and failure of HR340 and HR550 but also accurately captures temperature variations in the material, aligning well with experimental results. The texture evolution prediction by the developed model also demonstrated good agreement with experimentally observed texture evolution at different strain rates. This study highlights the significant influence of strain rate and internal temperature rise on the damage, dislocation density evolution and microstructural behavior of HSLA steels. The model serves as a robust physics-based foundation for future investigative studies.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».