An elasto-plastic damage-coupled mesoscopic model for cold-drawn eutectoid steels

• J.R. Páez ^{[2] [1]} ; A. Dorronsoro ^{[2] [1]} ; J. Alkorta ^{[2] [1]} ; J.M. Martínez-Esnaola ^{[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. 6, 2023, págs. 285-290
• Idioma: inglés
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• Resumen
  • español

    Las excelentes propiedades mecánicas de los alambres de acero eutectoide trefilados en frío están relacionadas con las particularidades de su microestructura perlítica. La anisotropía derivada de la evolución microestructural de la perlita bajo deformación direccional, junto con los diferentes mecanismos de endurecimiento que actúan sobre ella, hace que modelizar su comportamiento sea todo un reto. Los modelos existentes no logran un compromiso entre una buena descripción de las características microestructurales y su aplicabilidad a escalas por encima de la microscópica. Por otro lado, el efecto del daño sobre el comportamiento mecánico puede modelizarse aplicando la Mecánica del Daño Continuo.

    En este trabajo, se propone un modelo elasto-plástico de daño que tiene en cuenta las características especiales de la microestructura perlítica en términos de acumulación de daño, comportamiento mecánico y evolución microestructural.

    El modelo se ha implementado en ABAQUS mediante subrutinas de usuario y su rendimiento se ha evaluado mediante simulaciones de ensayos de tracción uniaxial en un Elemento de Volumen Representativo. La curva tensión-deformación resultante coincide con los datos experimentales de una serie de trefilado de 13 pasadas, con una tasa de endurecimiento muy similar. Además, al acoplar el efecto del daño, se reproduce el efecto de ablandamiento en la respuesta mecánica.

  • English

    The excellent mechanical properties of cold-drawn eutectoid steel wires are related to the particular characteristics of their pearlitic microstructure. The anisotropy arising from the microstructural evolution of pearlite under directional deformation together with the different strengthening mechanisms acting on it, make modelling its behaviour a challenge.

    Existing models do not reach a compromise between a good description of the microstructural features and their applicability to scales larger than the microscopic level. On the other hand, the effect of damage on the mechanical behaviour can be modelled by applying Continuum Damage Mechanics. In this work, a microstructure-based elastoplastic damage-coupled model is proposed in order to account for the special features of the pearlitic microstructure in terms of damage accumulation, mechanical behaviour and microstructural evolution. The model has been implemented in ABAQUS through user subroutines and its performance has been evaluated by uniaxial tensile test simulations on a Representative Volume Element. The resulting stress-strain curve is in good agreement with experimental data from a 13-pass drawing series, yielding a very similar hardening rate. In addition, when coupling the effect of damage, the softening effect on the mechanical response is captured.