Numerical simulation of the roll levelling of dp1000 steel using a nonlinear combined hardening material model

The roll levelling is a forming process used to remove the residual stresses and imperfections of metal strips by means of plastic deformations. During the process the metal sheet is subjected to cyclic tension-compression deformations leading to a flat product. The process is especially important to avoid final geometrical errors when coils are cold formed or when thick plates are cut by laser. In the last years, and due to the appearance of high strength materials such as Ultra High Strength Stee/s, machine design engineers are demanding a reliable too/ for the dimensioning of the levelling facilities. In response to this demand, finite element analysis is becoming an important technique able to lead engineers towards facilities optimization through a deeper understanding of the process. Nevertheless, the most commonly used mate¬rial models, isotropic hardening models, are not able to reproduce the material's Bauschinger effect and the final numerical results are not accurate enough. In the present paper, the roll levelling simulation of a DP 1000 steel is performed using a combined isotropic-kinematic hardening formulation, firstly introduced by Armstrong and Frederick and subsequently modified by Chaboche. For material parameters' identification tension-compression tests and shear-tests have been realized and compared. Finally, the influence of the material model in the numerical results is analyzed by comparing a pure isotropic model and a combined Chaboche hardening model.

---

Walcowanie prostujące jest procesem odkształcania stosowanym do usuwania naprężeń szczątkowych i niedoskonałości pasma po walcowaniu, wykorzystującym odkształcenia plastyczne. Podczas procesu blacha jest poddawana cyklicznym odkształceniom rozciągająco-ściskającym, prowadzącym do otrzymania produktu płaskiego. Proces jest szczególnie istotny, gdy w ostatnim etapie produkcji blacha jest zwijana lub, jak w przypadku blach grubych, stosowane jest cięcie laserowe, gdyż pozwala uniknąć błędów kształtu. W ciągu ostatnich lat, ze względu na coraz szersze wykorzystywanie materiałów o wysokich własnościach wytrzymałościowych, takich jak stale typu UHSS, przed konstruktorami maszyn pojawiają się zadania projektowania niezawodnych i precyzyjnych narzędzi do walcowania prostującego. Numeryczna analiza procesu, wykorzystująca modelowanie metodą elementów skończonych, stała się ważną techniką, pozwalającą inżynierom na optymalizację tego procesu poprzez jego lepsze, głębsze zrozumienie. Niemniej klasyczne modele umocnienia materiału, modele izotropowe, nie oddają efektu Bauschingera obserwowanego w trakcie walcowania prostującego, przez co ilościowe wyniki obliczeń nie są wystarczająco dokładne. W niniejszej pracy, przeprowadzono symulację procesu walcowania prostującego dla stali DP100 wykorzystując izotropowy, kinematyczny model umocnienia materiału, wprowadzony po raz pierwszy przez Armstronga i Fredericka, a następnie zmodyfikowany przez Chaboche'a. Identyfikację parametrów modelu przeprowadzono na podstawie wyników testów rozciągania i ściskania oraz prób ścinania. Ponadto w pracy zbadano wpływ modelu materiału w obliczeniach numerycznych porównując wyniki otrzymane dla czystego modelu izotropowego modelu Chaboche'a umocnienia materiału.