Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Uni- and multiaxial ratcheting testing and simulation investigation on the ferritic steel P265.
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Solid Mechanics (Dept.).
2015 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (One Year)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
En- och fleraxlig ratcheting testning och simulering utredning på det ferritiska stålet P265. (Swedish)
Abstract [en]

This is a Master Thesis work that was conducted in the period from September 2014 to January 2015. It is a follow-up work on another Master Thesis work made by G. Eklund during the spring 2014 [1]. This work includes experimental and numerical investigations on the ferritic steel P265. Focus was on ratcheting effects in uniaxial as well as multiaxial stress states.

The experimental focus was on the two-rod test. This was conducted for the first time by G. Eklund on the austenitic steel 316L [1] and was now also used on the ferritic steel P265. The test resembles an as simple structure as possible combined with a load case where both structural and material ratcheting may be produced. Other experiments linked to ratcheting and material characterization were also conducted.

All the experiments were numerically simulated with both linear (bilinear and multilinear) and nonlinear (Armstrong-Frederick, Chaboche, Voce) kinematic hardening models. The focus was to evaluate different material models’ ability to reproduce the two-rod test and compare with the earlier results for 316L.

Furthermore, numerical analyses were conducted on more advanced multiaxial stress states. Pressurized pipes with cyclic axial deformation as well as cyclic bending were simulated. The main goal for this was to investigate simulation similarities with the two-rod simulations.

The results from the two-rod investigation show many similarities with the ones achieved by G. Eklund on 316L stainless steel [1]. It suggests that the linear kinematic hardening models are generally better at predicting the two-rod test results than the nonlinear kinematic hardening models. This suggests that structural ratcheting was dominating over material ratcheting in the two-rod tests.

However, the simulation results also conclude that the linear kinematic hardening models become useless when plastic deformation in compression occur. By that time shakedown is initiated and no ratcheting is predicted. In those scenarios the nonlinear kinematic hardening models could be preferable.

The multiaxial stress state simulations indicate that the two-rod test could be a quite good way to test ratcheting using a uniaxial stress state. Simulated cases show promising similarities with pressurized pipe models in terms of simulation similarities. There also seem to be similarities in the ability for the linear kinematic hardening models to replicate experiments for multiaxial stress states. This suggests that linear kinematic hardening models many times might be better than nonlinear kinematic hardening models in multiaxial scenarios as well. However, further investigations would be needed in order to conclude this.

Abstract [sv]

Detta är ett examensarbete som genomfördes under perioden september 2014 till januari 2015. Det är ett fortsättningsarbete på ett annat examensarbete som genomfördes av G. Eklund under våren 2014 [1]. Arbetet inkluderar en experimentell och numerisk utredning på det ferritiska stålet P265. Fokus var på ratchetingeffekter i enaxliga såväl som fleraxliga spänningstillstånd.

Fokus i experimenten låg på tvåstångsprovning av det ferritiska stålet P265. Testet åstadkommer en så simpel struktur som möjligt kombinerat med ett lastfall där både strukturell och materiell ratcheting kan uppstå. Även andra experiment kopplade till ratcheting och materialkaraktärisering genomfördes också.

Alla experiment simulerades numeriskt med både linjärt (bilinjär och multilinjär) och olinjärt (Armstrong-Frederick, Chaboche, Voce) kinematiska hårdnandemodeller. Fokus låg vid att utvärdera de olika materialmodellernas möjlighet att reproducera tvåstångsprovningen och även att jämföra med tidigare resultat för 316L [1].

Vidare genomfördes numeriska analyser på mer avancerade fleraxliga spänningstillstånd. Trycksatta rör med cyklisk axiell deformation så väl som cyklisk böjning simulerades. Huvudmålet med detta var att utreda simuleringslikheter med tvåstångssimuleringen.

Resultatet från tvåstångsutredningen visar på många likheter med resultaten från G. Eklunds utredning på det rostfria stålet 316L [1]. Det visar på att linjärt kinematiska hårdnandemodeller generellt är bättre på att prediktera tvåstångsprovningen än olinjärt kinematiska hårdnandemodeller. Detta torde vara ett tecken på att strukturell ratcheting dominerar över materialratcheting i tvåstångsprovningen.

Emellertid så visar också simuleringarna att linjärt kinematiska hårdnandemodeller blir oanvändbara när plastisk tryckdeformation uppstår. Då initieras så kallad shakedown och ratcheting upphör helt i simuleringen. I dessa scenarion kan en olinjärt kinematisk hårdnandemodell vara att föredra.

Simuleringar på trycksatta rör med cykliska deformationslaster och tvåstångssimuleringar visar på lovande likheter i beteende. Detta visar på att tvåstångsprovningen genom enaxlig provning kan vara ett ganska bra sätt att testa ratcheting för fleraxliga spänningstillstånd. Simuleringsresultat indikerar på att de linjärt kinematiska hårdnandemodellerna fungerar relativt bra för prediktering av testresultat för fleraxliga spänningstillstånd. Det är möjligt att linjärt kinematiska hårdnandemodeller i många fall kan vara bättre än de olinjärt kinematiska hårdnandemodellerna att simulera ratcheting för fleraxliga spänningstillstånd. För att fastställa detta krävs dock ytterligare utredning.

Detta är ett examensarbete som genomfördes under perioden september 2014 till januari 2015. Det är ett fortsättningsarbete på ett annat examensarbete som genomfördes av G. Eklund under våren 2014 [1]. Arbetet inkluderar en experimentell och numerisk utredning på det ferritiska stålet P265. Fokus var på ratchetingeffekter i enaxliga såväl som fleraxliga spänningstillstånd.

Fokus i experimenten låg på tvåstångsprovning av det ferritiska stålet P265. Testet åstadkommer en så simpel struktur som möjligt kombinerat med ett lastfall där både strukturell och materiell ratcheting kan uppstå. Även andra experiment kopplade till ratcheting och materialkaraktärisering genomfördes också.

Alla experiment simulerades numeriskt med både linjärt (bilinjär och multilinjär) och olinjärt (Armstrong-Frederick, Chaboche, Voce) kinematiska hårdnandemodeller. Fokus låg vid att utvärdera de olika materialmodellernas möjlighet att reproducera tvåstångsprovningen och även att jämföra med tidigare resultat för 316L [1].

Vidare genomfördes numeriska analyser på mer avancerade fleraxliga spänningstillstånd. Trycksatta rör med cyklisk axiell deformation så väl som cyklisk böjning simulerades. Huvudmålet med detta var att utreda simuleringslikheter med tvåstångssimuleringen.

Resultatet från tvåstångsutredningen visar på många likheter med resultaten från G. Eklunds utredning på det rostfria stålet 316L [1]. Det visar på att linjärt kinematiska hårdnandemodeller generellt är bättre på att prediktera tvåstångsprovningen än olinjärt kinematiska hårdnandemodeller. Detta torde vara ett tecken på att strukturell ratcheting dominerar över materialratcheting i tvåstångsprovningen.

Emellertid så visar också simuleringarna att linjärt kinematiska hårdnandemodeller blir oanvändbara när plastisk tryckdeformation uppstår. Då initieras så kallad shakedown och ratcheting upphör helt i simuleringen. I dessa scenarion kan en olinjärt kinematisk hårdnandemodell vara att föredra.

Simuleringar på trycksatta rör med cykliska deformationslaster och tvåstångssimuleringar visar på lovande likheter i beteende. Detta visar på att tvåstångsprovningen genom enaxlig provning kan vara ett ganska bra sätt att testa ratcheting för fleraxliga spänningstillstånd. Simuleringsresultat indikerar på att de linjärt kinematiska hårdnandemodellerna fungerar relativt bra för prediktering av testresultat för fleraxliga spänningstillstånd. Det är möjligt att linjärt kinematiska hårdnandemodeller i många fall kan vara bättre än de olinjärt kinematiska hårdnandemodellerna att simulera ratcheting för fleraxliga spänningstillstånd. För att fastställa detta krävs dock ytterligare utredning.

Place, publisher, year, edition, pages
2015.
National Category
Applied Mechanics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-177450OAI: oai:DiVA.org:kth-177450DiVA: diva2:872876
External cooperation
Inspecta
Subject / course
Solid Mechanics
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-11-26 Created: 2015-11-20 Last updated: 2015-11-26Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

By organisation
Solid Mechanics (Dept.)
Applied Mechanics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 48 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf