Progress in extrusion technology and simulation of light metal alloys : selected, peer reviewed papers from the 2011 edition of the International Conference on Extrusion and Benchmark (ICEB 2011), October 3-5, 2011, Bologna, Italy

278 Pages·2012·87.47 MB·English

by  Luca Tomesani

Progress in
Extrusion Technology
and Simulation of
Light Metal Alloys

Edited by
Luca Tomesani
Lorenzo Donati
Progress in Extrusion
Technology and Simulation
of Light Metal Alloys
Selected, peer reviewed papers from the
2011 edition of the International Conference on
Extrusion and Benchmark
(ICEB 2011),
October 3-5, 2011, Bologna, Italy
Edited by
Luca Tomesani and Lorenzo Donati
Copyright  2012 Trans Tech Publications Ltd, Switzerland

All rights reserved. No part of the contents of this publication may be reproduced or
transmitted in any form or by any means without the written permission of the
publisher.

Trans Tech Publications Ltd
Kreuzstrasse 10
CH-8635 Durnten-Zurich
Switzerland
http://www.ttp.net
Volume 491 of
Key Engineering Materials
ISSN 1013-9826
Full text available online at http://www.scientific.net

Distributed worldwide by and in the Americas by
Trans Tech Publications Ltd. Trans Tech Publications Inc.
Kreuzstrasse 10 PO Box 699, May Street
CH-8635 Durnten-Zurich Enfield, NH 03748
Switzerland USA
Phone: [phone]
Fax: [phone] Fax: [phone]
e-mail: [email protected] e-mail: [email protected]
Preface 

This special issue of the journal “Key Engineering Materials” contains selected peer reviewed papers presented at the 
2011 edition of the International Conference on Extrusion and Benchmark (ICEB 2011).  

ICEB is a two‐in‐one event, merging a conference on the “Latest Advances on Extrusion Technology and Simulation” 
with an industrial worldwide contest: the “FEM codes Benchmark”. It must be emphasized here the strong connection 
existing between the industrial research and the development of affordable and robust process simulation: no step 
forward in extrusion technology is possible without a good simulation environment. For this reason these two key 
aspects are put together in ICEB, which for this reason has become the biggest event in Europe in this field. 

Thus, ICEB provides, as first, conference sessions collecting invited keynotes, contributions from academia and 
industries, new techniques for design, optimization and management, new processes and new products. All the issues 
were divided in the following categories: Innovative processes, Material flow, Seam welding phenomena, Die design 
strategies, Process optimization, Friction evaluation, FEM optimization and microstructure prediction. 

Within the conference, the benchmark session represents the distinctive feature of the ICEB: it exploits FEM code 
capabilities and users’ knowledge in the simulation of an industrial extrusion process as it was designed and 
experimentally realized by ICEB organizers. Participants are asked to simulate this case only on the base of process 
input parameters, the results being undisclosed to them until the very last day, when they are already published and 
open to everybody.  
In this edition, two identical hollow profiles of variable thicknesses, two different welding chambers and a critical 
tongue each, were extruded by a single die which performed the flow balance in two different ways: by means of 
feeders on the first profile and by means of bearings and pockets on the second one. The process was monitored in 
terms of process load, die thermal field, profile temperature, profiles velocity and die deflection, thus allowing a clear 
and reliable comparison with simulation results.  

Due to the complexity of this matter, the benchmark should not be considered as a contest. Instead, it is an 
opportunity to detect, explore and discuss various issues about common simulation practice, with each participant 
having his/her own particular interest. We hope that these results will be useful for the improvement of the existing 
simulation skills as well as to contribute to the process optimization research. 

There are many people to be acknowledged for their contribution to and assistance in publishing this volume. We 
would like to thank all the authors and co‐authors of the papers, the reviewers and the members of the conference 
committees who contributed directly to the quality of the conference.  
Many thanks and gratitude to the conference co‐organizers Professor A. E. Tekkaya, Dipl.‐Ing Nooman Ben Khalifa for 
their precious assistance in raising the conference level, to the whole staff of IUL Department of Dortmund University 
and in particular to Dipl.‐Inform.  Alessandro Selvaggio and M. Sc. Ahmet Güzel for the great effort during the 
experimental trials. We would like also to thank Dr. Barbara Reggiani and Eng. Antonio Segatori from the University of 
Bologna for their continuous support in problem solving and conference organization.  
We would also like to thank the numerous and generous sponsors for their financial assistance, which have made it 
possible to organize the ICEB and to carry out its expensive Benchmark. 

We hope that these proceedings will become a source of valuable information useful in the everyday work for 
scientific and industrial researchers, engineers and students and we are pleased to welcome everyone to Bologna to 
the International Conference on Extrusion and Benchmark. 

Prof. Luca Tomesani              Dr. Lorenzo Donati 
Conference Chairman              Conference Organizer
Committees: 

Conference Chair: 
Prof. Luca Tomesani, DIEM University of Bologna, IT  
Conference Organizer: 
Dr. Lorenzo Donati, DIEM University of Bologna, IT 

Scientific Committee: 
Dr. L. Donati, DIEM, University of Bologna, IT 
Prof. J. Hirsch, Hydro, DE 
Prof. M. Hoshino, MECST, Nihon University, JP 
Prof. J. Hueting, DET, University of Twente, NL 
Dr. A.J. Koopman, DET, University of Twente, NL 
Prof. L. Li, ADMVB, Hunan University, CN 
Prof. H. J. McQueen, Concordia University, CA 
Dr. M. El Mehtedi, DIPMEC, Marche Polytechnic University, IT 
Prof. F. Micari, DTMPIG, University of Palermo, IT 
Prof. W. Misiolek, Lehigh University, US 
Dr. S. Müller, ERC, TU Berlin, DE 
Prof. T. Neitzert, School of Engineering, Auckland University of Technology, NZ 
Dr. B. Reggiani, DIEM University of Bologna, IT 
Dr. M. Schaper, IW, University Hannover, DE 
Eng. A. Segatori, DIEM University of Bologna, IT 
Prof. C. Sommitsch, TUG, Graz University of Technology, AT 
Prof. G. Tani, DIEM University of Bologna, IT 
Prof. A. E. Tekkaya, IUL, Dortmund University of Technology, DE 
Prof. L.Tomesani, DIEM, University of Bologna, IT 
Prof. H. Valberg, NTNU, Norwegian University, NO 
Dr. X. Velay, University Bournemouth, GB 
Dr. J. Zhou, LMP, Delft University, NL 

Industrial Committee: 
F. Bagagli, Alutitan, IT 
W. Dalla Barba, Italtecno/Interall, IT 
P. Celani, Gruppo Profilati, IT 
A. Den Bakker, Nedal Aluminium B.V., NL 
H. Gers, Honsel AG, DE 
V. Giacomelli, Compes S.p.A., IT 
Dr. A. Klaus, LeanSigma, DE 
J. Maier, WEFA Inotec GmbH, DE 
T. Pinter, Almax, IT 
G. T. Rajsky, Extrusion Technology for Aluminum Profiles Foundation, USA 
M. Rompato, Pandolfo Alluminio, IT
Table of Contents
Preface and Committees
I. Extrusion Benchmark
Extrusion Benchmark 2011: Evaluation of Different Design Strategies on Process
Conditions, Die Deflection and Seam Weld Quality in Hollow Profiles
A. Selvaggio, A. Segatori, A. Güzel, L. Donati, L. Tomesani and A.E. Tekkaya 1
II. Process Optimization
High Strength Aluminium Alloys Extrusions - A Review of the Thermo-Mechanical-Process
in High Performance Profile Manufacturing
O. Jensrud 11
Finite Element Modelling of the Charge Welds Evolution in a Porthole Die
B. Reggiani, A. Segatori, L. Donati and L. Tomesani 19
Surface Quality Prediction in Aluminum Extrusion
M.B. de Rooij, X. Ma, A.J. den Bakker and R.J. Werkhoven 27
Influence of Contact Friction Conditions on Thin Profile Simulation Accuracy in Extrusion
S. Stebunov, N. Biba and A. Lishnij 35
Constitutive Equations for Hot Extrusion of AA6005A, AA6063 and AA7020 Alloys
T. Pinter and M. El Mehtedi 43
III. Innovative Processes
Investigation of Conclad Extrusion and Multi-Billet Extrusion
M. Hoshino 51
Advanced Technologies Used in the Manufacture of Products from Aluminium Alloys
Powder in Extrusion Process
B. Płonka and J. Senderski 59
Co-Extrusion of Aluminium-Titanium-Compounds
N. Grittner, B. Striewe, A. von Hehl, D. Bormann, M. Hunkel, H.W. Zoch and F.W. Bach 67
Processing of Wrought Magnesium Alloys to Produce Small Tubes for Biomedical
Applications: Investigation about the Extrusion Process by a Laboratory Test Rig
Q. Ge and M. Vedani 75
The Process of Co-Extrusion – An Analysis
K. Kittner and B. Awiszus 81
Factors Influencing Bonding Mechanics in FSW of AA5754
G. Buffa, L. Fratini, F. Micari and G. Previte 89
IV. Material Flow and Friction Evaluation
Experimental and Numerical Analysis of Material Flow in Porthole Die Extrusion
T. Kloppenborg, M. Schwane, N. Ben Khalifa, A.E. Tekkaya and A. Brosius 97
Aluminium Extrusion Weld Formation and Metal Flow Analysis in Hollow Profile
Extrusions of Different Section Thickness
Y.A. Khan and H.S. Valberg 105
Experimental and Numerical Analysis of the Friction Condition in the Die Bearing during
Aluminum Extrusion
S. Mueller, J. Muehlhause, J. Maier and P. Hora 113
Conditions for Sticking Friction between Aluminium Alloy AA6060 and Tool Steel in Hot
Forming
F. Widerøe and T. Welo 121
Modeling of Friction Phenomena in Extrusion Processes by Using a New Torsion-Friction
Test
P. Hora, M. Gorji and B. Berisha 129
b Progress in Extrusion Technology and Simulation of Light Metal
Alloys
Experimental and Numerical Investigations on Metal Flow during Direct Extrusion of EN
AW-6082
M. Kammler, T. Hadifi, M. Nowak and A. Bouguecha 137
Experimental Analysis of Velocity Fields in Hot Extrusion of Aluminium Alloy 6351
M. Martins, S. Button and J.D. Bressan 145
V. Seam Welding Phenomena
3D FEM-NEM Material Joining Simulation in Porthole Die Extrusion
F. Gagliardi, I. Alfaro, L. Filice and E. Cueto 151
Numerical Modeling of Extrusion Welding in Magnesium Alloys
Y. Xu and W.Z. Misiolek 159
Optimization of Aluminium Extrusion by Porthole Die Using a down Scaled Equipment
F. Gagliardi, G. Ambrogio and L. Filice 173
Coupled Simulative-Experimental Procedure for Studying the Solid State Bonding
Phenomena
G. D'Urso, M. Longo, E. Ceretti and C. Giardini 181
Numerical and Experimental Study on Seam Welding Behavior in Extrusion of Micro-
Channel Tube
D. Tang, Q.Q. Zhang, D.Y. Li and Y.H. Peng 189
Analysis of Gas Pocket Formation during Extrusion of Al Hollow Profiles and Establishing
an Extrusion Seam Weld Limit Diagram
Y.A. Khan, S.T. Khorasani and H.S. Valberg 197
Numerical Investigations of Welding Conditions during Extrusion of 2024 Alloy through
Porthole Dies
D. Leśniak, A. Rękas, W. Libura and J. Zasadziński 205
VI. Dies and Tools
Effect of Liquid Nitrogen Die Cooling on Extrusion Process Conditions
L. Donati, A. Segatori, B. Reggiani, L. Tomesani and P.A. Bevilacqua Fazzini 215
New Concepts for Cooling of Extrusion Dies Manufactured by Rapid Tooling
R. Hölker, A. Jäger, N. Ben Khalifa and A.E. Tekkaya 223
Constitutive Laws for the Deformation Estimation of Extrusion Die in the Creep-Fatigue
Regime
B. Reggiani, L. Donati and L. Tomesani 233
Effect of Strain Rate on Metal Flow Pattern in T-Section Extrusion Process
P. Homayoun and M. Ketabchi 241
Design and Experimental Verification during Extrusion of Square Sections from Round
Billets through Curved Dies
A.K. Rout, K.P. Maity and M.K. Parida 249
VII. Microstructure Prediction
Simulation of Hot Extrusion of an Aluminum Alloy with Modeling of Microstructure
A. Ockewitz, D.Z. Sun, F. Andrieux and S. Mueller 257
Simulation of the Grain Structure Evolution of a Mg-Al-Ca-Based Alloy during Hot
Extrusion Using the Cellular Automation Method
L. Li, F. He, X. Liu, Y. Lou, J. Zhou and J. Duczczyk 265
Key Engineering Materials Vol. 491 (2012) pp 1-10
© (2012) Trans Tech Publications, Switzerland
doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.491.1
EExxttrruussiioonn BBeenncchhmmaarrkk 22001111::
EEvvaalluuaattiioonn ooff ddiiffffeerreenntt ddeessiiggnn ssttrraatteeggiieess oonn pprroocceessss ccoonnddiittiioonnss,, ddiiee
ddeefflleeccttiioonn aanndd sseeaamm wweelldd qquuaalliittyy iinn hhoollllooww pprrooffiilleess
AAlleessssaannddrroo SSeellvvaaggggiioo11,,aa,, AAnnttoonniioo SSeeggaattoorrii22,,bb,, AAhhmmeett GGuuzzeell11,,cc,,
LLoorreennzzoo DDoonnaattii22,,dd,, LLuuccaa TToommeessaannii22,,ee aanndd AA.. EErrmmaann TTeekkkkaayyaa11,,ff
11IInnssttiittuuttee ooff FFoorrmmiinngg TTeecchhnnoollooggyy aanndd LLiigghhttwweeiigghhtt CCoonnssttrruuccttiioonn,,
TTUU DDoorrttmmuunndd UUnniivveerrssiittyy,, BBaarrooppeerrssttrr.. 330011,, 4444222277 DDoorrttmmuunndd,, GGeerrmmaannyy
22DDeeppaarrttmmeenntt ooff MMeecchhaanniiccaall CCoonnssttrruuccttiioonn EEnnggiinneeeerriinngg ((DD..II..EE..MM..))
UUnniivveerrssiittyy ooff BBoollooggnnaa,, VV..llee RRiissoorrggiimmeennttoo 22,, 4400113366 BBoollooggnnaa,, IIttaallyy
aaaalleessssaannddrroo..sseellvvaaggggiioo@@iiuull..ttuu--ddoorrttmmuunndd..ddee,, bbaannttoonniioo..sseeggaattoorrii22@@uunniibboo..iitt
ccaahhmmeett..GGuueezzeell@@iiuull..ttuu--ddoorrttmmuunndd..ddee,, ddll..ddoonnaattii@@uunniibboo..iitt
eelluuccaa..ttoommeessaannii@@uunniibboo..iitt,, ffeerrmmaann..tteekkkkaayyaa@@iiuull..ttuu--ddoorrttmmuunndd..ddee
KKeeyywwoorrddss:: EExxttrruussiioonn,, BBeenncchhmmaarrkk,, DDiiee DDeeffoorrmmaattiioonn,, DDeefflleeccttiioonn mmeeaassuurreemmeennttss
AAbbssttrraacctt.. IInn tthhee ppaappeerr eexxppeerriimmeennttaall iinnvveessttiiggaattiioonnss aaiimmeedd aatt aalllloowwiinngg aa ddeettaaiilleedd aanndd aaccccuurraattee
ccoommppaarriissoonn ooff ddiiffffeerreenntt FFEEMM ccooddeess wweerree pprreesseenntteedd aanndd ddiissccuusssseedd.. TTwwoo hhoollllooww pprrooffiilleess wwiitthhiinn tthhee
ssaammee ddiiee wweerree cchhaarraacctteerriizzeedd bbyy ddiiffffeerreenntt tthhiicckknneesssseess wwiitthhiinn tthhee pprrooffiillee,, ttwwoo wweellddiinngg cchhaammbbeerrss aanndd
ccrriittiiccaall ttoonngguueess ((oonnee ffuullllyy ssuuppppoorrtteedd aanndd oonnee ppaarrttiiaallllyy ssuuppppoorrtteedd)).. TThhee mmaatteerriiaall ffllooww bbaallaannccee wwaass
ppeerrffoorrmmeedd bbyy mmeeaannss ooff ffeeeeddeerr ssiizzee aanndd ppoossiittiioonn oonn aa pprrooffiillee aanndd bbyy mmeeaannss ooff bbeeaarriinnggss oonn tthhee ootthheerr
oonnee.. AAccccuurraattee mmoonniittoorriinngg ooff pprroocceessss ppaarraammeetteerrss wwaass ccaarrrriieedd oouutt bbyy uussiinngg aa sseellff--ccaalliibbrraattiinngg
ppyyrroommeetteerr ffoorr pprrooffiillee tteemmppeerraattuurree,, ssiixx tthheerrmmooccoouupplleess ffoorr ddiiee tthheerrmmaall mmoonniittoorriinngg,, aa llaasseerr
vveelloocciittyymmeetteerr ffoorr pprrooffiillee ssppeeeedd aanndd ttwwoo llaasseerr sseennssoorrss ffoorr ddiiee ddeefflleeccttiioonn oonn ccrriittiiccaall ttoonngguueess.. AAAA66008822
aallllooyy wwaass uusseedd aass ddeeffoorrmmiinngg mmaatteerriiaall,, wwhhiillee HH--1111 hhoott--wwoorrkk ttooooll sstteeeell wwaass sseelleecctteedd ffoorr tthhee ddiiee
mmaatteerriiaall.. TThhee eexxppeerriimmeennttss wweerree rreeppeeaatteedd aatt lleeaasstt tthhrreeee ttiimmeess uunnddeerr tthhee ssaammee ccoonnddiittiioonnss iinn oorrddeerr ttoo
pprroovviiddee aa nneeaarrllyy sstteeaaddyy ssttaattee ssttaattiissttiiccaall ddiissttrriibbuuttiioonn ooff tthhee aaccqquuiirreedd ddaattaa.. TThheessee aarree uusseedd aass aa
rreeffeerreennccee ffoorr tthhee 22001111 eeddiittiioonn ooff tthhee eexxttrruussiioonn bbeenncchhmmaarrkk..
IInnttrroodduuccttiioonn
SSttiillll ttooddaayy,, tthhee ddeessiiggnn ooff eexxttrruussiioonn ddiieess iiss mmaaiinnllyy bbaasseedd oonn tthhee eexxppeerriieennccee aanndd sskkiillll ooff tthhee ddiiee
mmaakkeerrss.. WWhheenn aa nneeww pprrooffiillee hhaass ttoo bbee mmaannuuffaaccttuurreedd,, ssoommee ttrriiaallss aanndd pprroottoottyyppeess aarree oofftteenn nneecceessssaarryy
iinn oorrddeerr ttoo aacchhiieevvee tthhee ooppttiimmaall ccoommpprroommiissee bbeettwweeeenn ddiiee pprroodduuccttiivviittyy aanndd ddiiee lliiffee.. TThhiiss pprroocceedduurree iiss
vveerryy ccoossttllyy aanndd aallssoo ttiimmee ccoonnssuummiinngg.. FFuurrtthheerrmmoorree,, tthhee ttrraannssffeerr ooff kknnoowwlleeddggee bbeettwweeeenn ddiiffffeerreenntt
ggeenneerraattiioonnss ooff ddiiee ddeessiiggnneerrss oorr,, wwiitthhiinn tthhee ssaammee ccoommppaannyy,, bbeettwweeeenn eemmppllooyyeeeess iiss nnoott aallwwaayyss ggiivveenn..
IItt iiss tthheenn cclleeaarr tthhaatt ssooffttwwaarree ttoooollss ssuuppppoorrttiinngg ddiiee ddeessiiggnn aarree eesssseennttiiaall ffoorr aann eeffffeeccttiivvee aanndd rreelliiaabbllee
´´oonnee sstteepp ddiiee ddeessiiggnn´´.. IInn tthhiiss ddiirreeccttiioonn,, iinn tthhee ppaasstt yyeeaarrss,, mmaannyy ppaappeerrss ddeemmoonnssttrraatteedd tthhaatt FFEEMM
ssiimmuullaattiioonnss aarree tthhee oonnllyy ffeeaassiibbllee wwaayy ttoo pprreeddiicctt tthhee mmaatteerriiaall ffllooww aanndd tthhee ddiiee ssttrreessss aanndd ttoo aallllooww,, aass
aa ccoonnsseeqquueennccee,, ddiiee ooppttiimmiizzaattiioonn [[11,, 22]]..
TThhee iinnccrreeaassiinngg ddeemmaanndd ffoorr rreelliiaabbllee ssiimmuullaattiioonnss ooff tthhee eexxttrruussiioonn pprroocceessss hhaass lleedd ttoo tthhee oorrggaanniizzaattiioonn
ooff tthhee bbiiaannnnuuaall iinntteerrnnaattiioonnaall ccoonnffeerreennccee ""EExxttrruussiioonn CCoonnffeerreennccee aanndd BBeenncchhmmaarrkk"",, ssppeecciiffiiccaallllyy
ffooccuusseedd oonn tthhee ooppttiimmiizzaattiioonn ooff FFEEMM ccooddeess ffoorr eexxttrruussiioonn aannaallyyssiiss.. IInn ppaarrttiiccuullaarr,, tthhee EExxttrruussiioonn
BBeenncchhmmaarrkk iiss aa ccoonnffeerreennccee wwhheerree tthhee ccaappaabbiilliittiieess ooff ddiiffffeerreenntt ccoommmmeerrcciiaall ccooddeess ccaappaabbiilliittiieess aarree
aannaallyyzzeedd iinn ddeeeepp bbyy ccoommppaarriinngg tthhee rreessuullttss wwiitthh tthhee ddaattaa ooff aann eexxttrruussiioonn eexxppeerriimmeenntt.. TThhee pprroocceedduurree
iiss ddiivviiddeedd iinn tthhrreeee mmaaiinn sstteeppss:: iinn tthhee ffiirrsstt sstteepp aann eexxppeerriimmeenntt iiss ddeessiiggnneedd aanndd ppeerrffoorrmmeedd uunnddeerr
ssttrriiccttllyy mmoonniittoorreedd ccoonnddiittiioonnss aanndd rreeppeeaatteedd sseevveerraall ttiimmeess iinn oorrddeerr ttoo pprroovviiddee aa ssttaattiissttiiccaall ssiiggnniiffiiccaannccee
ooff tthhee mmoonniittoorreedd rreessuullttss.. TThhee sseeccoonndd sstteepp iiss tthhee pprroocceessss ssiimmuullaattiioonn:: tthhee oorrggaanniizzeerrss pprroovviiddee tthhee
iinnffoorrmmaattiioonn ffoorr ccaarrrryyiinngg oouutt tthhee ssiimmuullaattiioonnss;; tthheenn eevveerryy iinntteerreesstteedd ppaarrttiicciippaanntt ((ssooffttwwaarree hhoouusseess,,
sscciieennttiiffiicc aanndd iinndduussttrriiaall uusseerrss)) ppeerrffoorrmmss tthhee ssiimmuullaattiioonn bbeeffoorree tthhee ccoonnffeerreennccee.. TThhee tthhiirrdd sstteepp iiss tthhee
ccoommppaarriissoonn ooff tthhee rreessuullttss:: dduurriinngg tthhee ccoonnffeerreennccee,, tthhee hhiiddddeenn rreessuullttss ooff tthhee eexxppeerriimmeenntt aarree ddiisscclloosseedd
aanndd tthhee ddiiffffeerreenntt FFEEMM ccooddeess pprreeddiiccttiioonnss aarree ccoommppaarreedd ttoo tthhee eexxppeerriimmeennttaall ddaattaa,, tthhuuss pprroovviiddiinngg aann
iinntteerreessttiinngg eevvaalluuaattiioonn ooff ccooddeess ccaappaabbiilliittiieess.. IItt iiss iimmppoorrttaanntt ttoo nnoottee tthhaatt,, dduuee ttoo tthhee ccoommpplleexxiittyy ooff tthhee
2 Progress in Extrusion Technology and Simulation of Light Metal Alloys
mmaatttteerr,, iitt wwoouulldd bbee uusseelleessss ttoo ccoonnssiiddeerr tthhee bbeenncchhmmaarrkk ssiimmppllyy aass aa ccoonntteesstt:: iitt iiss,, iinnsstteeaadd,, aann
ooppppoorrttuunniittyy ttoo ffiixx ssoommee ppooiinnttss aabboouutt tthhee eevveerryyddaayy ssiimmuullaattiioonn pprraaccttiiccee,, eeaacchh ppaarrttiicciippaanntt wwiitthh oowwnn
ppaarrttiiccuullaarr iinntteerreesstt.. IInn tthhiiss rreessppeecctt,, ffoorr eexxaammppllee,, tthhee ssooffttwwaarree hhoouusseess ccaann pprroommoottee tthheeiirr ccooddeess
ccaappaabbiilliittiieess oonn tthhee bbaassiiss ooff sscciieennttiiffiicc aanndd wweellll mmoonniittoorreedd eexxppeerriimmeennttaall ddaattaa,, tthhee iinndduussttrriiaall uusseerrss ccaann
vveerriiffyy tthheeiirr aabbiilliittyy ttoo pprrooppeerrllyy ppeerrffoorrmm aa ssiimmuullaattiioonn wwiitthh tthheeiirr oowwnn ccooddee oorr eevveenn sseelleecctt aa ccooddee
aammoonngg tthhoossee ppaarrttiicciippaattiinngg ttoo tthhee ccoonntteesstt.. IInn tthhee 22000077 eeddiittiioonn ooff tthhee eexxttrruussiioonn bbeenncchhmmaarrkk,, iitt wwaass
sshhoowwnn tthhaatt tthhee FFEE ssiimmuullaattiioonn ooff tthhee eexxttrruussiioonn pprroocceessss ccaann pprreeddiicctt aallll mmaaiinn pprroocceessss ppaarraammeetteerrss
((pprreessss llooaadd,, pprrooffiillee ssppeeeedd aanndd tteemmppeerraattuurree ddeevveellooppmmeenntt)) wwhheenn ddiiffffeerreenntt ppoocckkeett sshhaappeess aarree uusseedd [[33]]..
TThheerree,, iitt wwaass ffoouunndd tthhaatt tthhee ssiimmuullaattiioonn ooff tthhee mmaatteerriiaall ffllooww,, iinn ppaarrttiiccuullaarr bbyy ffllaatt ddiieess,, ccaann bbee vveerryy
aaccccuurraattee iiff pprrooppeerr tthheerrmmaall ccoonnddiittiioonnss aarree ggiivveenn..
OOnn tthhee ootthheerr hhaanndd,, tthhee iinnccrreeaassiinngg ccoommpplleexxiittyy ooff tthhee pprrooffiillee ggeeoommeettrriieess,, oofftteenn ooff bbiigg ssiizzee aanndd ssmmaallll
tthhiicckknneessss,, aanndd tthhee uussee ooff ppoorrtthhoollee ddiieess wwiitthh vveerryy sslleennddeerr mmaannddrreellss ((oofftteenn mmuullttiippllee)) aanndd ssuuppppoorrttiinngg
lleeggss lleeaaddss ttoo tthhee eevveerr iinnccrreeaassiinngg iimmppoorrttaannccee ooff ddiiee ddeefflleeccttiioonn iinn ddeetteerrmmiinniinngg tthhee mmaatteerriiaall ffllooww.. IItt iiss
wweellll kknnoowwnn tthhaatt aa ddiiee ccaann bbeehhaavvee iinn aa vveerryy ddiiffffeerreenntt wwaayy ffrroomm wwhhaatt iiss eexxppeecctteedd bbeeccaauussee ooff iittss
ddeeffoorrmmaattiioonn uunnddeerr pprroocceessss llooaaddss.. IInn tthhee sscciieennttiiffiicc lliitteerraattuurree,, iinnvveessttiiggaattiioonnss oonn tthhee ddiiee ddeeffoorrmmaattiioonn
ccaannnnoott bbee ffoouunndd eexxpplliicciittllyy.. OOnnllyy ssoommee aapppprrooaacchheess ffoorr mmeeaassuurriinngg tthhee pprreessssuurree oonn tthhee ddiiee ffaaccee ccaann bbee
ffoouunndd [[44,, 55]].. IInn ppaarrttiiccuullaarr,, iinnvveessttiiggaattiioonnss oonn tthhee iinnfflluueennccee ooff tthhee ddiiee ddeefflleeccttiioonn oonn tthhee pprrooffiillee
ddiissttoorrttiioonn,, pprrooffiillee ssppeeeedd aanndd tteemmppeerraattuurree ddeevveellooppmmeenntt aatt tthhee ddiiee eexxiitt aarree ccoommpplleetteellyy mmiissssiinngg.. AAllll
tthheessee aassppeeccttss,, ttooggeetthheerr wwiitthh tthhee pprroobblleemm ooff ddiiee lliiffee aasssseessssmmeenntt,, wweerree ppooiinntteedd oouutt aass ccaauussee ooff ccoonncceerrnn
aammoonngg eexxttrruuddeerrss aanndd ddiiee mmaakkeerrss aatt tthhee 22000077 bbeenncchhmmaarrkk eeddiittiioonn [[66]].. FFoorr tthhiiss rreeaassoonn,, iinn tthhee 22000099
eeddiittiioonn,, iitt wwaass cchhoosseenn ttoo mmaakkee cclleeaarr iiff,, aanndd hhooww mmuucchh,, aa ssiimmuullaattiioonn ccooddee ccaann pprrooppeerrllyy mmaannaaggee tthhiiss
pprroobblleemm [[77,,88]]..
FFoorr 22001111 bbeenncchhmmaarrkk,, aass ssuuggggeesstteedd bbyy 22000099 IICCEEBB ppaarrttiicciippaannttss,, aa hhoollllooww pprrooffiillee wwiitthh ttwwoo sseeaamm
wweellddss,, ccrriittiiccaall ttoonngguueess aanndd mmaatteerriiaall ffllooww bbaallaanncciinngg bbyy mmeeaannss ooff ffeeeeddeerrss wwaass ddeevveellooppeedd.. TThhee pprreessss
llooaadd,, tthhee tthheerrmmaall eevvoolluuttiioonn iinn tthhee ddiiee ((ssiixx ddiiffffeerreenntt llooccaattiioonnss)),, tthhee tteemmppeerraattuurree ooff tthhee pprrooffiillee,, tthhee
pprrooffiillee ssppeeeedd aanndd tthhee ddiiee ddeefflleeccttiioonn wweerree sseelleecctteedd aass ccrriittiiccaall ppaarraammeetteerrss ffoorr eexxppeerriimmeennttaall
mmoonniittoorriinngg.. MMoorreeoovveerr,, tthhee qquuaalliittyy aanndd tthhee ppoossiittiioonn ooff tthhee sseeaamm wweellddss wweerree aannaallyyzzeedd ttrroouugghh tteennssiillee
tteessttss aanndd mmiiccrroossttrruuccttuurree aannaallyysseess..
DDiiee ddeessiiggnn
AAss ssuuggggeesstteedd bbyy 22000099 IICCEEBB ppaarrttiicciippaannttss,, aa hhoollllooww pprrooffiillee wwiitthh sseeaamm wweelldd ggeenneerraattiioonn,, ddiiffffeerreenntt
mmaatteerriiaall fflloowwss aanndd tthhee ccoommppuuttaattiioonn ooff ddiiee ssttrreesssseess wwaass tthhee ssttaarrttiinngg rreeffeerreennccee ffoorr ddiiee ddeessiiggnn:: tthhee
oorrggaanniizzeerrss ddeecciiddeedd ttoo sseelleecctt tthhee pprrooffiillee sshhaappee sshhoowwnn iinn ffiigguurree 11 wwiitthh,, iinn aaddddiittiioonn,, ddiiffffeerreenntt pprrooffiillee
tthhiicckknneesssseess,, iinn oorrddeerr ttoo iinndduuccee aa mmoorree ccoommpplleexx mmaatteerriiaall ffllooww ffoorr tthhee FFEEMM ccoommppuuttaattiioonn.. WWhheenn aa
pprrooffiillee sshhaappee wwiitthh vveerryy bbiigg ddiiffffeerreenncceess iinn tthhiicckknneesssseess hhaass ttoo bbee pprroodduucceedd tthhrroouugghh ppoorrtthhoollee ddiieess,,
ddiiffffeerreenntt mmaatteerriiaall ffllooww bbaallaanncciinngg ssttrraatteeggiieess ccaann bbee uusseedd.. IInn ppaarrttiiccuullaarr,, ssoommee ddiiee mmaakkeerrss pprreeffeerr ttoo
bbaallaannccee tthhee mmaatteerriiaall tthhrroouugghh ppoorrtthhoollee ssiizzeess aanndd ppoossiittiioonn,, wwhheerree ootthheerrss ooppeerraattee bbyy mmeeaannss ooff vvaarriiaabbllee
bbeeaarriinngg lleennggtthhss oorr ppoocckkeettss.. IInn tthhee ddeessiiggnneedd ddiiee ((ffiigguurree 22)),, bbootthh aapppprrooaacchheess wweerree uusseedd ffoorr tthhee ttwwoo
ooppeenniinnggss:: ffoorr tthhee ffuullllyy ssuuppppoorrtteedd pprrooffiillee,, vvaarriiaabbllee bbeeaarriinnggss aanndd aa pprrooffiillee ppoocckkeett wweerree uusseedd,, wwhhiillee ffoorr
tthhee ppaarrttiiaallllyy ssuuppppoorrtteedd oonnee,, aa 44mmmm ccoonnssttaanntt bbeeaarriinngg wwaass uusseedd aanndd tthhee mmaatteerriiaall ffllooww bbaallaanncceedd
tthhrroouugghh tthhee ssiizzee aanndd ppoossiittiioonn ooff tthhee ttwwoo ppoorrtthhoolleess.. AA ffiirrsstt iinnddiiccaattiioonn tthhaatt tthhiiss ttyyppee ooff ddeessiiggnn wwoouulldd
pprroovviiddee iiss wwhhiicchh ssttrraatteeggyy rreeqquuiirreess lleessss ddeeffoorrmmiinngg eenneerrggyy,, tthhuuss aalllloowwiinngg ffaasstteerr mmaatteerriiaall fflloowwss.. AA
sseeccoonndd iinnffoorrmmaattiioonn iiss rreellaatteedd ttoo tthhee sseeaamm wweelldd qquuaalliittyy aanndd ppoossiittiioonn:: iinn ffiigguurree 22 rriigghhtt,, iitt ccaann bbee sseeeenn
hhooww eeaacchh pprrooffiillee iiss ccoommppoosseedd bbyy ttwwoo sseeaamm wweellddss ggeenneerraatteedd bbyy bbiigg ((22bb aanndd 11bb)) aanndd ssmmaallll ((22ss aanndd
11ss)) wweellddiinngg cchhaammbbeerrss.. TThhee pprrooffiillee wwaass ddeessiiggnn iinn oorrddeerr ttoo bbee aabbllee ttoo eexxttrraacctt ssppeecciimmeennss ttoo bbee tteennssiillee
tteesstteedd aaccrroossss tthhee wweelldd.. TThheenn,, ssiixx hhoolleess ffoorr tthheerrmmaall mmoonniittoorriinngg wweerree iinnttrroodduucceedd iinnttoo tthhee ddiiee:: ttwwoo iinn
tthhee lleeggss ((TT33 aanndd TT66)) wwhheerree tthhee mmaatteerriiaall iiss ddiivviiddeedd aanndd mmaatteerriiaall sseeaammss aarree ggeenneerraatteedd,, ttwwoo iinn tthhee
ttoonngguueess nneexxtt ttoo tthhee bbeeaarriinnggss ((TT11 aanndd TT44)),, wwhheerree tthhee ddiiee ddeefflleeccttiioonn mmaayy aalltteerr tthhee ffrriiccttiioonn ccoonnddiittiioonnss,,
aanndd ttwwoo mmoorree vveerryy cclloossee ttoo tthhee bbeeaarriinnggss ((TT22 aanndd TT55)).. FFiinnaallllyy,, iinn oorrddeerr ttoo ccoonnssiisstteennttllyy mmoonniittoorr ddiiee
ddeefflleeccttiioonn,, ttwwoo ddiiffffeerreenntt ttoonngguueess wweerree iinnttrroodduucceedd:: oonnee ffuullllyy ssuuppppoorrtteedd aanndd oonnee ppaarrttiiaallllyy ssuuppppoorrtteedd
((2255 mmmm lleessss ssuuppppoorrtteedd,, ffoorr aa ttoottaall ooff 3333mmmm ddeepptthh)),, tthhee llaatttteerr ccoonnddiittiioonn bbeeiinngg ccrriittiiccaall ffoorr tthhee ddiiee,, aass
eexxppeerriimmeennttaallllyy vveerriiffiieedd dduurriinngg ttrriiaallss ((tthhee ttoonngguuee bbrrookkee))..