Cast aluminum alloys are increasingly utilized as light-weight materials in automobile industry due to their superior capability in withstanding high mechanical loads. A major challenge impeding the large-scale use of these alloys in high-performance applications is the presence of manufacturing-induced, spatially varying porosity defects. To understand the impacts of these defects on the macro-mechanical properties of cast alloys, multiscale simulations are often required. In this paper, we introduce a computationally efficient reduced-order multiscale framework to simulate the behavior of metallic components containing process-induced porosity under irreversible nonlinear deformations. The proposed model starts from a data compression scheme which significantly reduces the number of unknown variables by agglomerating close-by finite element nodes into a limited number of clusters. It proceeds to project solution variables into a lower dimensional space via a novel reduced-order method where the material elasto-plastic behaviors are approximated. The model then combines with a porosity-oriented microstructure characterization and reconstruction algorithm to mimic the material local heterogeneity with reconstructed pores of various morphologies and spatial distributions. The performance and versatility of the proposed approach are demonstrated by several numerical experiments.


翻译:高性能应用中妨碍大规模使用这些合金的一个重大挑战是存在由制造引起的、空间上各异的孔隙缺陷。为了理解这些缺陷对铸造合金的宏观机械特性的影响,往往需要多尺度模拟。在本文件中,我们引入了一个计算高效的减序多尺度框架,以模拟含有过程导致的孔化的金属部件在不可逆转的非线性畸形下的行为。拟议模型从数据压缩计划开始,该模型通过在数量有限的组群中凝聚近定的元素节点,大大减少了未知变量的数量。它通过一种新型的减序方法,将溶解变量投入一个较低的空间,在那里材料变异性行为接近。然后,模型与一种以孔化为导向的微结构定性和重新算法结合,以模拟材料的本地变异性。通过多种变异性法和多种变异法的模拟方法,模拟了各种变异法的演化和变异法分布。

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