Experimental investigation and numerical modelling of the cyclic plasticity and fatigue behavior of additively manufactured 316 L stainless steel

材料科学 硬化(计算) 各向异性 消散 各向同性 本构方程 非线性系统 可塑性 磁滞 复合材料 机械 结构工程 热力学 有限元法 凝聚态物理 工程类 物理 图层(电子) 量子力学
作者
M. Subasic,A. Ireland,Rami Mansour,P. Enblom,Pavel Krakhmalev,Mikael Åsberg,Andrea Fazi,Johannes Gårdstam,J. W. Shipley,Per Waernqvist,Björn Forssgren,Pål Efsing
出处
期刊:International Journal of Plasticity [Elsevier BV]
卷期号:176: 103966-103966 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.ijplas.2024.103966
摘要

This study addresses the critical need for a constitutive model to analyze the cyclic plasticity of additively manufactured 316L stainless steel. The anisotropic behavior at both room temperature and 300°C is investigated experimentally based on cyclic hysteresis loops performed in different orientations with respect to the build direction. A comprehensive constitutive model is proposed, that integrates the Armstrong-Frederick nonlinear kinematic hardening, Voce nonlinear isotropic hardening and Hill's anisotropic yield criterion within a 3D return mapping algorithm. The model was calibrated to specimens in the 0° and 90° orientations and validated with specimens in the 45° orientation. A single set of hardening parameters successfully represented the elastoplastic response for all orientations at room temperature. The algorithm effectively captured the full cyclic hysteresis loops, including historical effects observed in experimental tests. A consistent trend of reduced hardening was observed at elevated temperature, while the 45° specimen orientation consistently exhibited the highest degree of strain hardening. The applicability of the model was demonstrated by computing energy dissipation for stabilized hysteresis loops, which was combined with fatigue tests to propose an energy-based fatigue life prediction model.

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