Characterization and modeling of the thermo-mechanical behavior of a Ti-6Al-4V alloy under dynamic complex loading

Autor: Ruiz de Sotto, Miguel
Přispěvatelé: Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace, Longère, Patrice, Doquet, Véronique, Institut Clément Ader (ICA), Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE-SUPAERO)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT École nationale supérieure des Mines d'Albi-Carmaux (IMT Mines Albi), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Laboratoire de mécanique des solides (LMS), École polytechnique (X)-MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse, Institut Supérieur de l'Aeronautique et de l'Espace, Patrice Longère(patrice.longere@isae.fr), Véronique Doquet, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT École nationale supérieure des Mines d'Albi-Carmaux (IMT Mines Albi), École polytechnique (X)-Mines Paris - PSL (École nationale supérieure des mines de Paris)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Mechanics of materials [physics.class-ph]. Université de Toulouse, Institut Supérieur de l'Aeronautique et de l'Espace, 2020. English
Mechanics of materials [physics.class-ph]. Université de Toulouse, Institut Supérieur de l'Aeronautique et de l'Espace, 2020. English. ⟨NNT : ⟩
Popis: Lors de la certification des moteurs d’avion, certains composants sont testés vis-à-vis de phénomènes balistiques. La soufflante doit ainsi résister à l’ingestion d’oiseaux et à la perte d’aubes sans compromettre les performances globales du réacteur. Les aubes de soufflante, et particulièrement leur bord d’attaque, subissent des déformations élevées à grande vitesse, des chargements non proportionnels et un auto-échauffement induit parla dissipation plastique. Compte tenu de leurs bonnes propriétés mécaniques spécifiques,les alliages de titane Ti-6Al-4V sont considérés comme des candidats prometteurs pour le bord d’attaque d’aubes de soufflante multi-composants. Dans ce travail, une campagne expérimentale a été menée sur un alliage de Ti-6Al-4V laminé comprenant des essais de traction, compression et cisaillement à plusieurs températures et vitesses de déformation(lentes et rapides), sous des trajets de chargements monotones et alternés. A partir des résultats obtenus, un modèle constitutif a été développé rendant compte des effets combinés de l’orthotropie, de l’asymétrie traction-compression, des écrouissages cinématique et isotrope non linéaires, de la vitesse et de l’adoucissement thermique. Les constantes ont été identifiées au moyen du logiciel Zset. Le modèle a ensuite été implémenté entant que procédure matériau utilisateur (Fortran) dans le code de calculs commercial par élément finis LS-DYNA. Les performances du modèle numérique ont alors été évaluées en menant des simulations numériques sur un élément de volume soumis à différents trajets de chargement ainsi que sur des éprouvettes utilisées pour la campagne expérimentale. During the aircraft engine certification, various components are tested against ballistic phenomena. The engine fan must accordingly resist bird strike and blade loss without compromising the whole engine thrust performance. Fan blades, and particularly theirleading edge, undergo large deformation under high strain rate, non-proportional loading paths and plastic dissipation induced self-heating. Due to their high specific mechanical properties, Ti-6Al-4V titanium alloys are promising candidates for fan multi-componentblade leading edge. In this work, an experimental campaign has been carried out on acold rolled Ti-6Al-4V alloy comprising tension, compression and shear tests performed at various temperatures and (low and high) strain rates, under monotonic and alternated loading paths. Based on these results, a constitutive model has been developed accounting for the combined effects of orthotropy, strength differential, nonlinear kinematic and isotropic hardenings, strain rate hardening as well as thermal softening. Material constants have been identified using Zset software. The model has been implemented asuser material (Fortran) subroutine into the commercial finite element computation codeLS-DYNA. The performances of the numerical model have then been estimated by conducting numerical simulations considering a volume element under various loading pathsas well as the specimens used for the experimental campaign.
Databáze: OpenAIRE
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