Detail projektu

Spojený tepelně-mechanický model tuhnutí oceli pro predikci vzniku trhlin v reálném čase

Období řešení: 01.01.2019 — 31.12.2021

Zdroje financování

Grantová agentura České republiky - Standardní projekty

- plně financující (2019-02-19 - 2021-12-31)

O projektu

Projekt je zaměřen na vývoj spojeného tepelně-mechanického modelu pro simulace plynule odlévaných ocelových předlitků. Model bude zahrnovat řešení solidifikace, mechanického napětí a přenosu tepla a hmoty v tuhnoucím ocelovém předlitku obsahující současně taveninu a pevnou fázi. Hlavní předností modelu bude jeho schopnost provádět výpočty v reálném čase. Výpočtové výkonnosti modelu bude dosaženo využítím masivní paralelizace kódu a jeho provádění na vysoce výkonných grafických kartách. Činnost modelu bude ověřena pomocí dat získaných z experimentálních měření. Model spolu s experimentálními daty bude následně použit pro návrh tepelně-mechanických kritérií, které budou umožňovat predikci vzniku trhlin a vad na základě informací o tepelně-napjatostním stavu předlitku.

Popis anglicky
The project is concerned with the development of a coupled thermal-mechanical model for computer simulations of the continuous steel casting. The model will include the solution of solidification, mechanical stress and heat and mass transfer phenomena in a solidifying strand containing concurrently solid and liquid phases. A main advantage of the model will be its ability for real-time simulations. The computational performance of the model will be attained by means of massive parallelization of the source code. The graphics processing units and the CUDA environment will be employed for the execution of the parallel code. The functionality of the model will be validated by means of experimentally determined data. The model and data acquired experimentally will be used for the identification of thermal-mechanical criteria. Such criteria applied to thermal-mechanical states of a strand will enable a prediction of crack formations.

Klíčová slova
přenos tepla;napětí a deformace;tepelné namáhání;tuhnoucí ocel; formování trhlin; reálný čas;

Klíčová slova anglicky
heat transfer, stress-strain, thermal stress, solidification of steel, crack formation, realtime

Označení

19-20802S

Originální jazyk

čeština

Řešitelé

Štětina Josef, prof. Ing., Ph.D. - hlavní řešitel

Útvary

Energetický ústav
- příjemce (04.04.2018 - nezadáno)

Výsledky

ŠEBEK, F.; ZAPLETAL, J.; KUBÍK, P.; PETRUŠKA, J. Flow behaviour in compression test under various lubrication conditions. In Engineering Mechanics 2019. 2019. p. 351-354. ISBN: 978-80-87012-71-0.
Detail

ŠEBEK, F.; KUBÍK, P.; PETRUŠKA, J. Evaluation of damage accumulation for ductile materials. Engineering Mechanics 2022. 2022. p. 353-356. ISBN: 978-80-86246-48-2.
Detail

BŘEZINA, M.; MAUDER, T.; KLIMEŠ, L.; ŠTĚTINA, J.; NÁVRAT, T.; PETRUŠKA, J. Coupled real-time thermo-mechanical solidification model of continuously cast steel. In METAL - 2019 - Abstracts, 28th International Conference on Metallurgy and Materials. 1. Ostrava: Tanger s.r.o., 2019. p. 123-128. ISBN: 978-80-87294-92-5.
Detail

ŠTĚTINA, J.; BŘEZINA, M.; MAUDER, T.; KLIMEŠ, L. Construction design optimization of the secondary cooling zone for continuous casting. Conference Proceedings. 2019. p. 1-10.
Detail

KAVIČKA, F.; KATOLICKÝ, J.; MAUDER, T.; KLIMEŠ, L.; ŠTĚTINA, J. History of simulation of transient temperature fields of solidifying metals with phase change. In AIP Conference Proceedings. AIP Conference, 2019. p. 1-4. ISBN: 978-0-7354-1858-5.
Detail

KUBÍK, P.; ŠEBEK, F.; ZAPLETAL, J.; PETRUŠKA, J.; NÁVRAT, T. Ductile Failure Predictions for the Three-Point Bending Test of a Complex Geometry Made From Aluminum Alloy. Journal of Engineering Materials and Technology, 2019, vol. 141, no. 4, p. 1-12. ISSN: 0094-4289.
Detail

ŠEBEK, F.; KUBÍK, P.; PETRUŠKA, J.; ZAPLETAL, J. Non-associated flow rule in the prediction of complex stress states and deformations. In Experimental Stress Analysis 2019. 2019. p. 488-492. ISBN: 978-80-214-5766-9.
Detail

KAVIČKA, F.; KATOLICKÝ, J.; ŠTĚTINA, J.; MAUDER, T.; KLIMEŠ, L. Historie simulace nestacionárního teplotního pole tuhnoucích kovů při změně fáze a struktury. In Sborník přednášek z 56. slévárenských dnů. 1. Brno: Česká slévárenská společnost, z.s., 2019. s. 132-144. ISBN: 978-80-02-02882-6.
Detail

KAVIČKA, F.; KATOLICKÝ, J.; ŠTĚTINA, J.; MAUDER, T.; KLIMEŠ, L. Numerical analysis of the influence of thermophysical properties on calculation accuracy of solidification process. In Sborník přednášek z 56. slévárenských dnů. Brno: Česká slévárenská společnost, z.s., 2019. p. 145-153. ISBN: 978-80-02-02882-6.
Detail

KLIMEŠ, L.; CHARVÁT, P.; BOHUNSKÝ, T.; KLEMEŠ, J.; ŠTĚTINA, J. Possibilities for the reduction of water consumption in steel industry and continuous steel casting: An overview. Chemical Engineering Transactions, 2019, vol. 76, no. 1, p. 211-216. ISSN: 2283-9216.
Detail

KUBÍK, P.; PETRUŠKA, J.; VOSYNEK, P.; ŠEBEK, F. Lode dependent plasticity in the prediction of deformation states of tensile specimens. In 9th International Conference Materials Structure & Micromechanics of Fracture (MSMF9). Procedia Structural Integrity. 2019. p. 15-20. ISSN: 2452-3216.
Detail

KLIMEŠ, L.; BŘEZINA, M.; MAUDER, T.; CHARVÁT, P.; KLEMEŠ, J.; ŠTĚTINA, J. Dry cooling as a way toward minimisation of water consumption in the steel industry: A case study for continuous steel casting. Journal of Cleaner Production, 2020, vol. 275, no. 1, p. 123109-1 (123109-12 p.)ISSN: 0959-6526.
Detail

NÁVRAT, T.; HALABUK, D.; VOSYNEK, P. Efficiency of Plasticity Correction in the Hole-Drilling Residual Stress Measurement. Materials, 2020, vol. 13, no. 15, p. 1-15. ISSN: 1996-1944.
Detail

ŠTĚTINA, J.; BŘEZINA, M.; MAUDER, T.; KLIMEŠ, L.; NÁVRAT, T.; PETRUŠKA, J.; KOVÁŘ, J. PREDICTION OF SURFACE DEFECTS IN STRUCTURAL STEELS USING A REAL TIME COUPLED THERMAL-MECHANICAL MODEL. 2021. p. 1-10.
Detail

BŘEZINA, M.; NÁVRAT, T.; ŠTĚTINA, J.; KOVÁŘ, J.; KLIMEŠ, L.; MAUDER, T.; PETRUŠKA, J. COMPARISON OF TEMPERATURE AND MECHANICAL STRESS-STRAIN DISTRIBUTIONS OF STEEL BILLETS WITH SHARP AND ROUNDED CORNERS. In METAL - 2020 - 29th International Conference on Metallurgy and Materials. 1. TANGER Ltd., 2020. p. 51-56. ISBN: 9788087294970.
Detail

KAVIČKA, F.; KATOLICKÝ, J.; ŠTĚTINA, J.; MAUDER, T.; KLIMEŠ, L. Investigation of a Temperature Field of the Steel Billet 150x150 mm Continuously Cast. In MATEC Web Conf. MATEC Web of Conferences. EDP Sciences, 2020. p. 1-7. ISSN: 2261-236X.
Detail

NYTRA, M.; KUBÍK, P.; PETRUŠKA, J.; ŠEBEK, F. A Fully Coupled Thermomechanical Damage Analysis of Hot Closed Die Forging Using Finite Element Modeling. Journal of Materials Engineering and Performance, 2020, vol. 29, no. 12, p. 8236-8246. ISSN: 1059-9495.
Detail

BŘEZINA, M.; MAUDER, T.; KLIMEŠ, L.; ŠTĚTINA, J. Comparison of optimization-regulation algorithms for secondary cooling in continuous steel casting. Metals, 2021, vol. 11, no. 2, p. 1-19. ISSN: 2075-4701.
Detail

MAUDER, T.; BŘEZINA, M. Reduction of CO2 Emissions in Steelmaking by Means of Utilization of Steel Plant Waste Heat to Stabilize Seasonal Cooling Water Temperature. Sustainability, 2021, vol. 13, no. 11, p. 1-12. ISSN: 2071-1050.
Detail

KLIMEŠ, L.; CHARVÁT, P.; ŠTĚTINA, J. Heat Transfer and Water Consumption of Water Spray Cooling of High-Temperature Surfaces: A Review on Empirical Correlations. Chemical Engineering Transactions, 2021, vol. 88, no. 1, p. 247-252. ISSN: 2283-9216.
Detail

BŘEZINA, M.; ŠTĚTINA, J.; MAUDER, T.; KLIMEŠ, L.; NÁVRAT, T.; KOVÁŘ, J. Quality prediction and crack occurrence minimization tool for continuous steel casting. 2021. p. 1-6.
Detail

MAUDER, T.; KAVIČKA, F.; KATOLICKÝ, J.; KLIMEŠ, L.; ŠTĚTINA, J. Solidification Model of a Casting process and Its Irreplaceability. AIP Conference Proceedings, 2021. p. 1-6.
Detail

KOŠŤÁL, J.; ŠEBEK, F.; PETRUŠKA, J.; SEIFERT, T. Cyclic plasticity models and fatigue criteria for exhaust manifold life assessment in the context of limited material data available. MATERIALS AT HIGH TEMPERATURES, 2022, vol. 39, no. 1, p. 68-85. ISSN: 0960-3409.
Detail

MAUDER, T.; KAVIČKA, F.; KATOLICKÝ, J.; KLIMEŠ, L.; ŠTĚTINA, J. Solidification model of a casting process and its irreplaceability. In 39TH MEETING OF DEPARTMENTS OF FLUID MECHANICS AND THERMODYNAMICS. AIP Conference Proceedings, 2023. p. 1-6. ISBN: 978-0-7354-4325-9.
Detail

ŠTĚTINA, J.; BŘEZINA, M.; KLIMEŠ, L.; MAUDER, T. The real-time macro-solidification macro model for crack prediction. In Publisher Logo Conference Proceedings. 38TH MEETING OF DEPARTMENTS OF FLUID MECHANICS AND THERMODYNAMICS. USA: AIP Publishing, 2019. p. 030043-1 (030043-4 p.)ISBN: 978-0-7354-1858-5.
Detail

Odpovědnost: Štětina Josef, prof. Ing., Ph.D.