A damage model for wire drawing

• J.R. Páez ^{[2] [1]} ; A. Dorronsoro ^{[2] [1]} ; J.M. Martínez-Esnaola ^{[2] [1]} ; J. Alkorta ^{[2] [1]}
  1. [1] Universidad de Navarra

     Universidad de Navarra

     Pamplona, España

     
  2. [2] CEIT-Basque Research and Technology Alliance (BRTA), San Sebastián
• Localización: Revista española de mecánica de la fractura, ISSN-e 2792-4246, Nº. 3 (comunicaciones 5th Iberian Conference on Structural Integrity), 2022, págs. 95-100
• Idioma: inglés
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• Resumen
  • español

    Los parámetros de trefilado, como la reducción del área y el ángulo de la matriz, tienen un efecto importante en la generación de daño. Uno de los defectos más comunes que aparecen bajo ciertas condiciones son las llamadas "grietas chevron". Estos defectos son difíciles de identificar, ya que suelen localizarse en el núcleo del alambre. Debido a esto, en las dos últimas décadas se han realizado grandes esfuerzos para desarrollar modelos numéricos capaces de predecir la evolución de daño y rotura. Los modelos de Mecánica del Daño Continuo (CDM) presentan la ventaja de estar vinculados al comportamiento constitutivo del material. Entre estos modelos, el de Lemaitre es uno de los más utilizados. Aunque en su formulación original no se distinguía entre las tensiones de tracción y de compresión en términos de acumulación de daño, posteriormente se introdujo un parámetro para considerar el efecto de cierre de grietas bajo tensiones de compresión. Sin embargo, esta formulación no es válida para el trefilado, ya que sobreestima el daño bajo estas condiciones. Por esta razón, se presenta un nuevo modelo de daño siguiendo el enfoque de Lemaitre, en el que se redefine el efecto de cierre de grietas bajo tensiones de compresión. De este modo, bajo altas tensiones hidrostáticas de compresión, como en el caso del trefilado, el modelo proporciona resultados más realistas en cuanto a la acumulación de daño. El modelo se ha implementado en ABAQUS mediante las subrutinas de usuario UMAT (formulación implícita) y VUMAT (formulación explícita). Se han realizado simulaciones de trefilado de un solo paso comparando el modelo original con la nueva formulación.

  • English

    Wire drawing parameters such as area reduction and die angle have an important effect on damage generation. One of the most common defects appearing under certain critical configurations are the so-called “chevron cracks”. These defects are difficult to identify since they are typically located at the wire core. To address this, great efforts have been made in the last two decades to develop numerical models capable of predicting damage evolution and failure. Continuum Damage Mechanics (CDM) models present the advantage of being coupled with the constitutive behaviour of the material. Among these models, Lemaitre’s approach is one of the most widely used. In its original formulation, the model did not distinguish between tension and compression stresses in terms of damage accumulation. An additional parameter was then included to consider the crack closure effect under compressive stresses. However, this formulation is not valid for wire drawing, since it overestimates damage under these conditions. For this reason, a new damage model following Lemaitre’s approach has been derived by redefining the crack closure effect under compressive stresses. In this way, under high hydrostatic compressive stresses, such as in the case of wire drawing, the model yields more realistic results in terms of damage accumulation. The model has been implemented in ABAQUS through user subroutines UMAT (for implicit cases) and VUMAT (for explicit cases). Single-pass wire drawing simulations have been performed to compare the original model with the new formulation.