FRACTURE TOUGHNESS ANALYSIS OF AUTOMOTIVE STEEL IN PLANE STRESS

Eng. Sunil Kumar M R

Doctoral thesis

Abstract:

Determination of fracture toughness of the automotive steels in the plane stress dominant condition (thin sheets) using essential work of fracture methodology is the research work's objective. The lack of proper international standards and complicated testing methodology has forced us to search for an easy and reliable alternative method. Most of the existing international standards to measure fracture toughness are primarily designed based on plane strain dominant condition (thickness constraint). A comprehensive literature survey has been done on the essential work of fracture (EWF) method, and the parameters affecting it are studied. The essential work of fracture (EWF) methodology has been successfully used to determine the fracture toughness of dual-phase (DP450) steel and Interstitial free steel. The feasibility of the EWF methodology in mode-2 and mixed-mode is tested. The effect of notch tip radius on the fracture toughness in the EWF methodology is analysed. Using the EBSD analysis, comprehensively all material parameters affecting the fracture toughness are studied. Fractographic analyses of the fractured surfaces after the EWF test is done using a scanning electron microscope (SEM). Local strain during the essential work of fracture methodology has been studied for the DP450 and the IF steel. Forming limit diagrams (FLD) and fracture forming diagrams (FFD) are constructed for the DP450 and the IF steel. A hole expansion test is also done for the DP450 steel and the IF steel. Finally, a thorough comparison is made between all the parameters mentioned above.

Abstract:

Cílem výzkumné práce bylo stanovení lomové houževnatosti ocelí pro aplikace na karoserie automobilů v podmínkách dominantní rovinné napjatosti (tenké plechy) hodnocením energie spotřebované rozvojem lomu. Nedostatek vhodných mezinárodních standardů a komplikovaná metodologie testování byly motivací pro hledání spolehlivé alternativní metody. Většina stávajících mezinárodních norem pro měření lomové houževnatosti je primárně navržena na základě dominantního stavu rovinné deformace. Proveden byl komplexní průzkum metod, založených na přímé evidenci energie při rozvoji lomu a studovány parametry, které ji ovlivňují. Pro stanovení lomové houževnatosti dvoufázové oceli (DP450) a oceli bez intersticí (IF) byla úspěšně použita metoda ?Essential Work of Fracture? (EWF). V práci je ověřena aplikovatelnost metody EWF v různých režimech zatížení ? tah, smyk, kombinovaný mód; analyzován je vliv poloměru vrubu na lomovou houževnatost. Pomocí krystalografických analýz (EBSD) jsou komplexně studovány všechny parametry materiálu ovlivňující lomovou houževnatost. Fraktografické analýzy lomových ploch po EWF testu jsou provedeny pomocí rastrovacího elektronové mikroskopie (SEM). Pro oceli DP450 a IF byla studována lokální deformace vyvolaná během rozvoje lomu. Mezní diagramy tvařitelnosti (FLD) a diagramy meze destrukce (FFD) jsou konstruovány pro DP450 a IF ocel a doplněny o vyhodnocení zkoušek rozšiřování otvoru. Finálně je provedeno komplexní srovnání a analýza provázanosti výše uvedených parametrů.

Keywords

lomová houževnatost, EWF, dvoufázové oceli, DP450, oceli bez intersticí, FLD, rovinné napětí

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 9. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 11. 11. 2021
• Supervisor: prof. Ing. Eva Schmidová, Ph.D.

University of Pardubice

Faculty of Transport Engineering

Doctoral programme / field:
Technique and Technology in Transport and Communications / Transport Means and Infrastructure