Repositorio
Institucional

Tuninetti, Victor

Sensitivity Analysis of the Johnson-Cook Model for Ti-6Al-4V in Aeroengine Applications

MDPI

AEROSPACE

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Titanium alloys, such as Ti-6Al-4V, are crucial for aeroengine structural integrity, especially during high-energy events like turbine blade-out scenarios. However, accurately predicting their behavior under such conditions requires the precise calibration of constitutive models. This study presents a comprehensive sensitivity analysis of the Johnson-Cook plasticity and progressive damage model parameters for Ti-6Al-4V in blade containment simulations. Using finite element models, key plasticity parameters (yield strength (A), strain-hardening constant (B), strain-rate sensitivity (C), thermal softening coefficient (m), and strain-hardening exponent (n)) and damage-related parameters (d1, d2, d3, d4, and d5) were systematically varied by +/- 5% to assess their influence on stress distribution, plastic deformation, and damage indices. The results indicate that the thermal softening coefficient (m) and the strain rate hardening coefficient (C) exhibit the most significant influence on the predicted casing damage, highlighting the importance of accurately characterizing these parameters. Variations in yield strength (A) and strain hardening exponent (n) also notably affect stress distribution and plastic deformation. While the damage evolution parameters (d1-d5) influence the overall damage progression, their individual sensitivities vary, with d1 and d4 showing more pronounced effects compared to others. These findings provide crucial guidance for calibrating the Johnson-Cook model to enhance aeroengine structural integrity assessments.Las aleaciones de titanio, como la Ti-6Al-4V, son cruciales para la integridad estructural de los motores aeronáuticos, especialmente durante eventos de alta energía como la rotura de álabes de turbina. Sin embargo, predecir con precisión su comportamiento en tales condiciones requiere la calibración precisa de los modelos constitutivos. Este estudio presenta un análisis de sensibilidad exhaustivo de los parámetros del modelo de plasticidad y daño progresivo de Johnson-Cook para la Ti-6Al-4V en simulaciones de contención de álabes. Mediante modelos de elementos finitos, se variaron sistemáticamente en +/- 5% los parámetros clave de plasticidad (límite elástico (A), constante de endurecimiento por deformación (B), sensibilidad a la velocidad de deformación (C), coeficiente de ablandamiento térmico (m) y exponente de endurecimiento por deformación (n)) y los parámetros relacionados con el daño (d1, d2, d3, d4 y d5) para evaluar su influencia en la distribución de tensiones, la deformación plástica y los índices de daño. Los resultados indican que el coeficiente de ablandamiento térmico (m) y el coeficiente de endurecimiento por velocidad de deformación (C) presentan la influencia más significativa en el daño predicho de la carcasa, lo que subraya la importancia de caracterizar con precisión estos parámetros. Las variaciones en el límite elástico (A) y el exponente de endurecimiento por deformación (n) también afectan notablemente la distribución de tensiones y la deformación plástica. Si bien los parámetros de evolución del daño (d1-d5) influyen en la progresión general del daño, sus sensibilidades individuales varían, observándose efectos más pronunciados en d1 y d4 en comparación con los demás. Estos hallazgos proporcionan una guía crucial para calibrar el modelo de Johnson-Cook y mejorar las evaluaciones de la integridad estructural de los motores aeronáuticos.

artículo original

Johnson-Cook model

Ti-6Al-4V

titanium alloy

aeroengine

blade-out

sensitivity analysis

finite element analysis

structural integrity

damage tolerance

aircraft safety

10.3390/aerospace12010003

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FRACTURE

Johnson-Cook model

Ti-6Al-4V

titanium alloy

aeroengine

blade-out

sensitivity analysis

finite element analysis

structural integrity

damage tolerance

aircraft safetyFRACTURE

Ingeniería Aeroespacial

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WOS:001403934000001

Sensitivity Analysis of the Johnson-Cook Model for Ti-6Al-4V in Aeroengine Applications

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AEROSPACE

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