2015/17/N/ST8/01024
Okres realizacji: 2016-2019
Od lat prowadzone są badania nad rozwojem stali o strukturze wielofazowej. Badania doprowadziły do zaprojektowania zaawansowanych stali o wysokiej wytrzymałości (AHSS (ang. Advanced High Strength Steels), które znalazły szerokie zastosowanie głównie w przemyśle motoryzacyjnym. Obecnie prowadzone są prace nad rozwojem stali AHSS trzeciej generacji. Mają one na celu uzyskanie stali o wysokich własności wytrzymałościowych i bardzo dobrej plastyczności przy niskich kosztach produkcji. Aspekt bezpieczeństwa jest tutaj szczególnie istotny. Duża popularność stali AHSS (a szczególnie stali dwufazowych - DP) jako materiału na nadwozia samochodowe jest szczególnie związana z ich unikatowymi własnościami pochłaniania energii przy zderzeniu. Blachy ze stali AHSS mogą być otrzymywane zarówno w procesie walcowania na gorąco, jak i w późniejszym procesie walcowania na zimno i wyżarzaniu. Odpowiedni dobór cyklu zmian temperatury kształtuje stosunek faz ferrytu, martenzytu i bainitu w końcowej strukturze. Każda z tych faz posiada odmienne własności fizyczne i mechaniczne, jednak ich kompozycja pozwala na otrzymanie materiału łączącego wytrzymałość z plastycznością. Wyznaczenie optymalnych parametrów procesu, takich jak np.: temperatura i czas wyżarzania, oraz szybkość chłodzenia możliwe jest dzięki symulacjom numerycznym. Zachodzące podczas procesu przemiany fazowe mają kluczowe znaczenie dla własności otrzymanego wyrobu finalnego. Do wyznaczenia korelacji pomiędzy parametrami procesów technologicznych a zmianami mikrostruktury stali i jej własnościami służą modele numeryczne przemian fazowych zachodzących w stali podczas jej wytwarzania. W literaturze znaleźć można opisy wielu modeli pozwalających przewidzieć postać mikrostruktury stali poddanej cyklom nagrzewania i chłodzenia. Żaden z tych modeli nie oddaje jednak w pełni natury zachodzących zjawisk. Autor wierzy, że ciągle istnieje dalsza możliwość ich rozwoju pod kątem szybkości obliczeń i podwyższenia wiarygodności otrzymywanych wyników. Zaawansowane metody numeryczne szeroko stosowane w obliczeniach inżynierskich cechują się długimi czasami obliczeń i wysokimi wymaganiami na moc obliczeniową. Aspekty te praktycznie przekreślają wykorzystanie takich modeli w przemyśle, gdzie czas prowadzonych obliczeń jest równie ważny jak rzetelność otrzymywanych wyników. Próby poprawy efektywności numerycznej skoncentrowane są głównie na dwóch aspektach, tj. zrównoleglaniu/podziałowi procedur numerycznych oraz uproszczeniu wirtualnej reprezentacji materiału. Jednym z rozwiązań obejmujący oba wymienione obszary jest idea statystycznie podobnego reprezentatywnego elementu objętości (SSRVE). Jej celem jest zmniejszenie liczby elementów skończonych potrzebnych do dyskretyzacji obszaru w skali mikro, jak również zrównoleglenie obliczeń, poprzez wykonane niezależnych od siebie zadań w tym samym czasie. Uproszczenie domeny obliczeniowej jest realizowane dzięki przekształceniu skomplikowanych obrazów mikrostruktur materiałowych w prostsze obiekty charakteryzuje się podobnymi cechami jak ich oryginalne odpowiedniki. Połączenie metody SSRVE z modelowaniem przemian fazowych jest realną szansą na stworzenie rozwiązania pozwalającego na przewidywanie własności wyrobów stalowych z dużą dokładnością przy zachowaniu krótkich czasów obliczeniowych.
Kierownik Projektu
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
Opiekun Naukowy
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
Projekt realizowany w ramach konkursu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju: PRELUDIUM 9, grant nr: 2015/17/N/ST8/01024