22134

پيش بيني حد شكل پذيري ورق هاي فلزي ريزدانه به كمك مدل آسيب GTN

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي - شكل‌دهي

1399/3/12

دكتر رامين هاشمي

مكانيك

در چند دهه اخير استفاده از موادي كه خواص فيزيكي منحصربه‌فرد و قابل‌توجهي دارند گسترش‌يافته است. مواد با ساختار ريزدانه نيز ازاين‌گونه مواد هستند كه استحكام بالاي آن‌ها در دماي محيط و مقاومت به خوردگي زيادي كه دارند، توجه زيادي را به خود جلب كرده‌اند. اين‌گونه مواد را مي‌توان با روش تغيير شكل پلاستيك شديد توليد نمود. از طرفي ديگر با توجه به اهميت بالاي اين مواد، پيش‌بيني شكست در اين فلزات نيز موضوع مهمي براي پژوهشگران است. در اين تحقيق آلومينيوم 1050 به دليل استفاده زياد در صنعت و ارزان بودن به‌عنوان ماده پايه انتخاب‌شده است؛ بنابراين ابتدا به ساخت ورق ريزدانه آلومينيوم با استفاده از روش نورد تجمعي پرداخته شد. در ادامه كار خواص مكانيكي ورق ساخته‌شده به‌وسيله تست كشش به دست آمد. در ادامه بررسي شكل‌پذيري ورق آلومينيوم ريزدانه، نمودار حد شكل‌دهي اين ورق با استفاده از تست ناكازيما به دست آمد. در پايان به‌عنوان هدف اصلي اين تحقيق يك مدل شكست نرم براي پيش‌بيني شكست ورق و به دست آوردن نمودار حد شكل‌دهي آن در نرم‌افزار المان محدود ABAQUS به كار گرفته شد. مدل‌ آسيبي كه در اين پژوهش مورداستفاده قرار گرفت، مدل گارسون- تورگارد- نيدلمن بود. مدل آسيب گارسون- تورگارد- نيدلمن بر اساس حفره‌هايي است كه هنگام تغيير شكل به وجود مي‌آيد. اين مدل آسيب، داراي 9 پارامتر اصلي است كه به دست آوردن آن‌ها از طريق آزمايش‌هاي تجربي فرآيندي وقت‌گير و پرهزينه و در برخي موارد غيرممكن است. بدين منظور در پژوهش حاضر سعي بر اين شده است تا پارامترهاي مذكور براي آلومينيوم 1050 ريزدانه توليدشده با فرآيند نورد تجمعي، با استفاده از شبيه‌سازي المان محدود و روش پاسخ سطح به دست آيد. بدين منظور پس از در نظر گرفتن بازه مناسب براي هر پارامتر طراحي آزمايش انجام شد. سپس با استفاده از شبيه‌سازي اجزا محدود و مقايسه نتايج عددي آن با نتايج تجربي آزمون كشش، پارامترهاي مدل آسيب فوق تعيين شد. درنهايت نيز جهت صحت سنجي منحني‌هاي حد شكل‌دهي عددي و تجربي مورد مقايسه قرار گرفت. واژه‌هاي كليدي: نورد تجمعي- نمودار حد شكل‌دهي - شبيه‌سازي – روش پاسخ سطح - مدل آسيب گارسون، تورگارد، نيدلمن.

1399/04/07

Predicting the Formability of Fine-graind Metal Sheets Using GTN Damage Model

6/2/2021 12:00:00 AM

Abstract: In the last few decades, the use of materials that have unique and significant physical properties has expanded. Materials with the fine-grained structure are such materials that their high strength at ambient temperature and high corrosion resistance give them great attention. Such materials can be produced by the use of severe plastic deformation (SPD). On the other hand, given the high importance of these materials, predicting failure in these metals is also an important issue for researchers. In this research aluminum alloy 1050 (AA 1050) sheet produced by Accumulative Roll Bonding (ARB) is used as the main material due to its high use in industry. The forming limit diagram (FLD) of the fine-grained aluminum sheet is obtained using the Nakazima test. The Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) ductile damage model is used to predict sheet failure and obtain its FLD using ABAQUS software. The GTN damage model is based on the nucleation and growth of voids in the material during deformation. This damage model has nine basic parameters that obtaining them through experimental tests, is time-consuming and costly and in some cases impossible. For this purpose, the present study tries to obtain the above parameters for fine-grained aluminum 1050 fabricated by ARB using finite element method. Therefore, after considering the interval for each parameter, anti-inference method and numerical simulation of the uniaxial tensile test is used for identification of GTN parameters for AA 1050 sheet using FEM. Proper parameters of GTN model is imported to the FEM of Nakazima test for FLD prediction. Finally, numerical and experimental FLDs were compared for validation. Keywords: Accumulative Roll Bonding (ARB) - Forming Limit Diagram (FLD) – Finite Element Method (FEM) – Response surface method (RSM) - GTN Damage Model.