Implementation of a plasticity model with advanced kinematic hardening rule for additively manufactured materials

0580494 - ÚT 2024 CZ eng V - Výzkumná zpráva
Marek, René - Parma, Slavomír - Gabriel, Dušan - Džugan, J.
Implementation of a plasticity model with advanced kinematic hardening rule for additively manufactured materials.
Praha: Ústav termomechaniky AV ČR, v. v. i., 2023. 16 s. T-581/23.
Grant CEP: GA TA ČR(CZ) TN02000012
Institucionální podpora: RVO:61388998
Klíčová slova: plasticity * anisotropy * additive manufacturing
Obor OECD: Materials engineering

This technical report summarizes particularly the modeling part of the project DP 04_01_NPO “Emission-free technologies for local energy sources replacement” including development of models to describe multi-material 3D printed structures. The work is done in cooperation between COMTES FHT, a.s., the Institute of Thermomechanics of the Czech Academy of Sciences, v.v.i. and PROINNO, a.s. The goal of the project is the development of material models describing the behavior of multi-material components deposited by the direct deposition method (DED) under multiaxial cyclic loading.
In the report, a plasticity model suitable for materials prepared by the additive manufacturing method is compiled and used. The model uses Hill's plasticity condition, an advanced multi-component kinematic hardening rule, and an isotropic hardening rule. The associated flow rule is chosen and the implementation assumes the theory of small deformations. All constitutive relationships are presented and discussed for the selected model, and the model is thus fully and unambiguously formulated. The model is analytically integrated for a special case of loading and a special choice of parameters of the plasticity condition, namely transverse isotropy. A discretization scheme for numerical integration and procedures for FE implementation of the model are presented. For the FE implementation, a formulation in the displacement field is assumed, specifically the FE solver Abaqus and the implementation of the model using the UMAT interface are targeted. Several examples of the model's response to monotonic, uniaxial and biaxial cyclic loading trajectories are presented.


Tato zpráva shrnuje postup prací na dílčím projektu DP 04_01_NPO “Emission-free technologies for local energy sources replacement” zahrnující vývoj modelů pro popis chování multi-materiálových 3D tištěných struktur řešený v konsorciu COMTES FHT, a.s., Ústav termomechaniky AV ČR, v.v.i. a PROINNO, a.s. Cílem projektu je vývoj materiálových modelů popisujících chování multi-materiálových komponent deponovaných metodou přímé depozice (DED) pří víceosém cyklickém zatěžování.
Ve zprávě je sestaven a použit model plasticity vhodný pro materiály připravené metodou aditivní výroby. Model využívá Hillovu podmínku plasticity, pokročilý vícesložkový model kinematického zpevnění a model isotropního zpevnění. Je zvolen asociovaný zákon tečení a implementace předpokládá teorii malých deformací. Pro zvolený model jsou uvedeny a diskutovány všechny konstitutivní vztahy a model je tak plně a jednoznačně formulován. Model je analyticky integrován pro speciální případ zatěžování a speciální volbu parametrů podmínky plasticity, konkrétně příčnou isotropii. Je prezentováno diskretizační schema pro numerickou integraci a procedury pro MKP implementaci modelu. U MKP implementace se předpokládá formulace v poli posunutí, konkrétně je pak cíleno na MKP řešič Abaqus a implementaci modelu pomocí rozhraní UMAT. Je prezentováno několik příkladů odezvy modelu na monotónní, jednoosé a víceosé cycklické zatěžovací trajektorie.

Trvalý link: https://hdl.handle.net/11104/0349751