Numerical evaluation of the ductile fracture for AA6101-T4 and AISI 4340 alloys using the Lemaitre and Gurson models

• Leonel L. Delgado-Morales ^[1] ; Lucival Malcher ^[2] ; Tiago R. Alves de Souza ^[2]
  1. [1] Universidad Austral de Chile

     Universidad Austral de Chile

     Valdivia, Chile

     
  2. [2] Universidade de Brasília

     Universidade de Brasília

     Brasil

     
• Localización: Ingeniare: Revista Chilena de Ingeniería, ISSN-e 0718-3305, ISSN 0718-3291, Vol. 31, Nº. 1, 2023
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Evaluación numérica de la fractura dúctil para las aleaciones AA6101-T4 y AISI 4340 usando los modelos de Lemaitre y Gurson
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• Resumen
  • español

    En este trabajo se evalúa numéricamente la fractura dúctil de las aleaciones AA6101 y AISI 4340, utilizando los modelos Lemaitre y Gurson. Las simulaciones se realizaron para verificar la evolución de la deformación plástica acumulada en la fractura considerando el rango de alta relación de triaxialidad, aplicándose cargas de tracción monotónicas en probetas cilíndricas lisas y con entalladuras. La estrategia numérica se estructuró para los modelos de Lemaitre y Gurson, a partir del establecimiento de un sistema no lineal de ecuaciones, utilizando un algoritmo de integración implícita. El método de Newton-Raphson es utilizado para la solución del sistema de ecuaciones no lineal. Comparando los resultados numéricos y experimentales, se observó que la deformación plástica equivalente en la fractura disminuye con el aumento del nivel de la relación de triaxialidad para las aleaciones cuando aplicados los modelos, siendo el modelo de Lemaitre más optimista en comparación con los resultados experimentales. El modelo de Gurson demostró ser más conservador en su predicción de fractura dúctil. En cuanto a la determinación de la ubicación del inicio de la falla en la probeta, ambos modelos mostraron buena capacidad predictiva, y el mejor desempeño ocurrió para la aleación de aluminio, que tiene un mayor nivel de ductilidad. Para la aleación AISI 4340, el modelo Lemaitre mostró diferencias significativas con respecto al desplazamiento de la fractura en comparación con el modelo Gurson. Por tanto, se recomienda el modelo de Gurson, preferentemente, en materiales con mayores niveles de ductilidad.

  • English

    This paper provides a numerical assessment of the ductile fracture of the AA6101 and AISI 4340 alloys using the Lemaitre and Gurson models.The simulations were carried out to verify the evolution of the accumulated plastic strain at fracture, assuming the high range of the triaxiality ratio, applying monotonic tensile loads on smooth and notched cylindrical specimens. The numerical strategy was structured for the Lemaitre and Gurson models, from establishing a non-linear system of equations using an implicit integration algorithm and solving the non-linear equation system using the Newton-Raphson method. When assessing the numerical and experimental results, it was observed that the cumulative plastic strain at the fracture decreases with the increasing levels of the triaxiality ratio for both alloys and models. On the one hand, the Lemaitre model was more optimistic than the experimental results. On the other hand, Gurson's model proved to be more conservative in its prediction of ductile fracture. Regarding determining the fracture onset, in general, both models showed good predictive capacity. However, the numerical results for the aluminum alloy presented more in agreement with experimental data than for the AISI 4340 alloy. In the end, assuming the determination of the level of displacement at fracture, the Gurson's model has the best performance. In this sense, for a high level of triaxiality ratio, the Gurson porous material can be recommended to describe the mechanical behavior of the material at fracture.