Analysis of the anisotropic plastic deformation during an indentation test using a polycrystalline plasticity finite element code

Abstract

La gran mayoría de los procesos de manufactura de metales involucran deformación plástica, la cual ocasiona cambios en su microestructura. Una de las consecuencias de estos cambios es la aparición de anisotropía mecánica. El término anisotropía hace referencia a que la magnitud de las propiedades mecánicas del material varía según la dirección de estudio. En metales, esta anisotropía observada suele deberse al desarrollo de orientaciones preferenciales de los cristales del material durante los procesos de conformado (textura). La anisotropía generada puede causar problemas en procesos posteriores o, por el contrario, se puede utilizar para obtener geometrías complejas. Sin embargo, para contrarrestar o aprovechar esta anisotropía, es necesario conocer cómo afecta al comportamiento plástico del material. Una de las formas de estudiar esto es mediante el uso de ensayos mecánicos. Para esta tesis, se utilizó el ensayo de indentación instrumentada (EII) para analizar la deformación plástica anisotrópica en 5 láminas de aluminio con distintas texturas. El EII es de especial interés en la industria y en la investigación ya que permite caracterizar materiales de una manera rápida y no destructiva. Adicionalmente, este ensayo permite relacionar propiedades mecánicas entre ellas, ofreciendo así la posibilidad de obtener un amplio panorama del material. Para el análisis de la deformación plástica durante el ensayo de indentación, se utilizó un código de plasticidad policristalina (HMS) desarrollado por KU Leuven, Bélgica, el cual hace uso de una teoría multiescala de plasticidad. Este tipo de teorías involucran relacionar el comportamiento microscópico del material (deformación de los granos), con el comportamiento macroscópico del material (deformación de la lámina). Los resultados predichos por HMS fueron comparados con los experimentales y se analizaron las posibles fuentes de diferencia entre ellos. Se encontró que éstas se debían en parte a las limitaciones del modelo de elemento finito empleado, y en una mayor parte, a la simplificación de endurecimiento isotrópico homogéneo que supone la teoría de la plasticidad clásica