Development of the modelling strategy for the strain localization simulation based on the digital material representation is the main aim of this work. First an earlier investigation on development of the multi scale cellular automata finite element CAFE model for simulation of the strain localization due to initiation and propagation of micro shear and shear bands during material processing is summarized. However, strain localization is not only a result of micro shear bands, it is also observed that strain localization develops along other microstructure elements (e.g., grain boundaries, phase boundaries, inclusions). To investigate these inhomogeneities at the micro scale, a series of experimental analyses of channel die deformation is performed. Presented electron microscopy analysis clearly shows how inhomogeneous material deformation is at the microstructure level. This part of the research pointed out the need in simulation of the strain localization as a result not only of micro shear bands but also of various microstructure features.
To do so, the Digital Material Representation model which takes into account microstructure in an explicit manner during simulation of deformation, is developed. Particular attention is put on digital representation of a single phase fcc materials, however applications to the two phase fcc/bcc materials is also analysed. A series of algorithms for generation of initial microstructure is developed (e.g., cellular automata, Voronoi tessellation). The presented DMR approach has capabilities not only to create the topology of microstructure, but it can also assign to grains and other features (e.g., different phases, inclusions, precipitates) various material properties (e.g., chemical composition, crystallographic lattice, crystallographic orientation, stress state, thermomechanical variables, phase assignment). The developed approach is used during various numerical simulations to test its capabilities. Firstly, the finite element solution based on conventional flow stress models and homogenous meshes is applied. Some disadvantages of this approach related with the accuracy of grain description by the finite element meshes are pointed out. That is why additional algorithms for refined meshes along grain boundaries are implemented. Secondly, a series of numerical tests with these refined meshes is performed and discussed.
Possibilities of further improvement of the developed approach are also discussed. Three of them are taken into consideration within this work. The first is development of the phase transformation model, which provides various two phase digital microstructures for subsequent numerical simulations. The second is introduction of the crystal plasticity finite element model and combining it with the digital material representation. The third improvement is application of the refined meshes and digital material representation in the multi scale concurrent model. Examples of simulations with the developed modifications to the DMR approach are presented and validated with the experimental results. Finally, after the research and development stages of the DMR approach, examples of industrial applications are also presented within the work.

Głównym celem niniejszej pracy jest opracowanie kompleksowego podejścia do modelowania lokalizacji odkształcenia z wykorzystaniem cyfrowej reprezentacji materiału. Pierwsza cześć poświęcona jest podsumowaniu opracowanego modelu wieloskalowego do symulacji procesów plastycznej przeróbki z uwzględnieniem wpływu mikropasm i pasm ścinania na lokalizację odkształcenia. Model ten bazuje na połączeniu metody automatów komórkowych i elementów skończonych (MES). Jednakże, niejednorodności odkształcenia w formie zlokalizowanych rejonów o dużym odkształceniu postaciowym występują również w okolicy innych elementów mikrostruktury, np. granic ziaren, granic faz, wtrąceń. W pracy przedstawiono serię badań laboratoryjnych, które dodatkowo podkreślają stopień niejednorodności procesu odkształcenia na poziomie mikrostruktury. Wyniki przedstawione w tej części wskazują, że brak uwzględnienia mikrostruktury w formie jawnej w trakcie symulacji numerycznej jest podstawowym ograniczeniem w przewidywaniu lokalizacji odkształcenia w skali mikroskopowej.
Opracowany w drugiej części model numeryczny na bazie cyfrowej reprezentacji materiału stwarza możliwość uwzględnienia mikrostruktury w formie jawnej w trakcie symulacji. Poszczególne elementy opracowanego modelu umożliwiające generowanie statystycznie reprezentatywnych mikrostruktur (np. metoda automatów komórkowych, teselacja Voronoi), przypisywanie im własności (np. orientacja krystalograficzna, stan naprężenia, faza materiału) oraz uwzględnianie ich w trakcie symulacji numerycznych są szczegółowo opisane w niniejszej pracy. Szczególny nacisk położono na jednofazowe materiały o strukturze ściennie centrowanej, jednak wykorzystanie cyfrowych materiałów dwufazowych jest również omówione. Szereg przykładów obejmujących analizę zachowania się tak opracowanych cyfrowych mikrostruktur w trakcie odkształcania jest szczegółowo analizowany. Uzyskane wyniki wskazują pewne ograniczenia wykorzystania w trakcie obliczeń MES siatek jednorodnych. Dlatego też przedstawiono podejście umożliwiające generowanie siatek MES z możliwością lokalnego zagęszczania elementów w obszarach, np. granic ziaren, dzięki czemu możliwie stało się szczegółowe modelowanie niejednorodności odkształcenia, m.in. w obszarze punktów potrójnych.
Kolejna część pracy poświęcona jest wprowadzeniu do opracowanego modelu cyfrowej reprezentacji materiału dodatkowych modułów umożliwiających tworzenie cyfrowych reprezentacji materiałów dwufazowych, uwzględnienie w trakcie odkształcenia aspektów krystalograficznych oraz opracowaniu podejścia o charakterze wieloskalowym. Wprowadzone modyfikacje poparte są serią symulacji numerycznych obejmujących modelowanie procesów spęczania i rozciągania. W tej części pracy przeprowadzono również weryfikację doświadczalną uzyskanych wyników. Ostatnim etapem niniejszej pracy jest omówienie możliwości wykorzystania opracowanego podejścia bazującego na cyfrowej reprezentacji materiału do symulacji procesów o charakterze przemysłowym.

Wydawnictwa nie prowadzą sprzedaży książek z serii "Rozprawy Monografie". Zainteresowanych prosimy o kontakt z ich autorami.