Fracture Criterion for Magnesium Alloy Plates at Elevated Temperatures

Abstract

마그네슘 합금 판재인 3mm 두께의 AZ31에 대해 온간 조건에서 파단 모델을 물성화 하였다. 파단 모델을 물성화 하기 위한 기본 역학적 물성을 얻기 위해 일축인장시험을 수행하여 이방성 및 변형률 속도 별 경화곡선을 구하였다. 이방성 구현을 위해 Hill1948항복 함수를 적용하였으며, 균일 연신 구간 이후의 연화거동을 구현하기 위해 변형률 속도가 고려된 역보정기법을 개발하였다. 파단 모델로는 삼축응력과 변형이력을 고려한 유효 파단 변형률을 도입하였고 변형이력을 고려하기 위해 손상 변수를 정의하였다. 여러 변형 모드를 구현하기 위해 네 종류의 파단 시편을 개발하였고 실험과 유한요소해석을 통해 삼축응력에 의존하는 유효 파단 변형률을 물성화 하였다. 개발된 파단 모델과 기존의 경험적 파단 모델과의 비교를 위해, Cockcroft-Latham, Brozzo, Ayada, Clift 모델 또한 물성화 하였다. 파단모델들의 검증을 위해 전기자동차 냉방 부품인 EL-Cover 성형을 수행하고 파단 모델들을 적용하여 파단을 예측하였다. 본 연구에서 개발된 파단모델이 기존의 경험적 파단 모델과는 다르게 실험과 잘 일치함을 확인함으로써 효용성을 검증할 수 있었다.

The fracture criterion was characterized for an AZ31 Mg alloy plate with the 3.0mm thickness at the elevated temperatures. In order to properly characterize the fracture criterion, its mechanical properties were also characterized. As for mechanical properties, simple tension tests were performed to calibrate the Hill1948 yield function. Also, in order to account for the hardening deterioration (softening) behavior beyond the uniform deformation limit, the flow curves of the Mg alloy plate were numerically obtained based on the inverse calibration method, in which strain rate sensitivity was also considered. As for the fracture criterion, effective fracture strains, which are dependent on stress triaxiality and deformation paths, were numerically characterized utilizing experimental data based on specimens with four different shapes newly developed. For comparison purposes, empirical fracture criteria such as the Cockcroft-Latham, Brozzo, Ayada and Clift models were also calibrated. For validation purposes, the five fracture criteria were applied for a real part (an EL-Cover) drawing case and the result confirmed that the fracture criterion developed in this work performed best among the five models tried out.