30694

بررسي تجربي و عددي نمودار حد شكل‌دهي ورق‌هاي دو و چندلايه شكل‌دهي شده از طريق فرايند شكل‌دهي تدريجي تك نقطه‌اي

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي مكانيك- ساخت و توليد ـ شكل‌دهي

1398

1402/12/21

رامين هاشمي

مهندسي مكانيك

امروزه در صنايع مختلف كاربرد ورق‌هايي با نسبت استحكام به وزن بالا مورد توجه قرارگرفته است. با اين هدف استفاده از ورق منيزيم با توجه به پايين بودن چگالي رو به افزايش است؛ اما شكل‌پذيري كم اين ورق باعث شده است كه پژوهش‌هاي زيادي براي رفع موانع استفاده از منيزيم انجام شود. از جمله روش‌هايي كه براي افزايش شكل‌پذيري ورق منيزيم استفاده مي‌شود مي‌توان به روش‌هايي از جمله كامپوزيت كردن آن با ورق‌هاي سبك و در عين حال با شكل‌پذيري بالا از جمله آلومينيم و استفاده از روش‌هاي شكل‌دهي كرنش بالا مثل شكل‌دهي تدريجي اشاره كرد. اين رساله با هدف يك مطالعه جامع در خصوص نحوه دستيابي به بهترين شرايط براي اتصال ورق‌هاي چند لايه آلومينيم و منيزيم و همچنين مطالعه تجربي و عددي شكل‌پذيري توسط فرايند شكل‌دهي تدريجي انجام شده است. ساختارهاي لايه‌اي در نظر گرفته شده براي اين رساله شامل ورق 2 لايه، ورق 3 لايه و فرايند نورد تجمعي تا پاس سوم است. آزمايش‌هاي مكانيكي شامل: آزمايش كشش تك‌محوره، آزمايش سختي سنجي، آزمايش چقرمگي شكست، آزمايش خمش سه‌نقطه‌اي و آزمايش‌هاي متالورژيكي شامل: آزمايش‌هاي عمق نفوذ لايه‌ها، آزمايش بررسي فازهاي بين فلزي، آزمايش بررسي ساختار شكست براي نمونه‌هاي چندلايه‌ با هدف بررسي بهترين نوع ساختار لايه‌اي انجام شد. آزمايش‌هاي مكانيكي و متالورژي با هدف بررسي اثر دماي آنيل در 4 شرايط مختلف دمايي 1- دماي محيط 2- دماي 200 درجه سانتي‌گراد 3- دماي 300 درجه سانتي‌گراد 4- دماي 400 درجه سانتي‌گراد انجام شد. نتايج نشان داد كه استحكام و سختي نمونه‌هاي چند لايه با افزايش دماي آنيل كاهش پيدا مي‌كند. نتايج آزمون چقرمگي شكست نشان داد كه در بهترين حالت چقرمگي شكست براي نمونه 2 لايه حدود 200 درصد نسبت به ورق پايه منيزيم و حدود 156 درصد نسبت به ورق پايه آلومينيم افزايش يافته است. نتايج اثر دماي آنيل بر استحكام پيوند و عمق نفوذ نمونه‌هاي چند لايه نشان داد كه در بهترين حالت براي نمونه 2 لايه عمق نفوذ حدود 1200 درصد افزايش يافته است. در ادامه بررسي نتايج شكل‌دهي تدريجي نشان داد كه در بهترين حالت، شكل‌پذيري ورق 3 لايه نسبت به ورق منيزيم 42 درصد افزايش داشته است. مطالعات عددي براي نمودار حد شكل‌دهي (FLD) توسط فرايند شبيه‌سازي در 4 روش عددي:1- مشتق دوم نازك شدگي 2- نرخ كرنش مؤثر 3- نرخ كرنش ضخامت 4- نرخ كرنش اصلي و يك روش عددي- تجربي انجام شد. نتايج نشان داد كه بيش‌بيني نمودار FLD با روش عددي-تجربي و روش مشتق دوم نازك شدگي با 4 درصد خطا بهترين دقت را در پيش‌بيني نمودار FLD داشته‌اند.

1403/01/19

Experimental and Numerical study of forming limit diagram for bimetal and multilayer formed sheet through Single point incremental forming

3/11/2025 12:00:00 AM

Nowadays, the use of sheets with high strength-to-weight ratio has been noticed in various industries. With this aim, the use of Mg sheet is increasing due to its low density. But the low formability of this sheet has caused many researches to be done to remove the obstacles to using Mg. Among the methods that are used to increase the formability of Mg sheet, we can mention methods such as composite with light and at the same time high formability sheets such as Al and using high strain forming methods such as incremental forming. This dissertation aims at a comprehensive study on how to achieve the best conditions for joining Al and Mg multilayer sheets, as well as an experimental and numerical study of formability by the incremental forming process. The layered structures considered for this thesis include 2-layer sheet, 3-layer sheet and accumulative rolling process up to the third pass. Mechanical tests include: uniaxial tensile test, hardness test, fracture toughness test, three-point bending test, and metallurgical tests including: layer penetration depth tests, intermetallic phases test, fracture structure test for multilayer samples with the aim of checking the best type of layered structure was done. Mechanical and metallurgical experiments were conducted with the aim of investigating the effect of annealing temperature in 4 different temperature conditions: 1- ambient temperature, 2- 200°C, 3- 300°C, 4- 400°C. The results showed that the strength and hardness of the multilayer samples, decreases with increasing annealing temperature. The results of the fracture toughness test showed that in the best case, the fracture toughness for the 2-layer sample has increased by about 200% compared to the magnesium base sheet and by about 156% compared to the aluminum base sheet. The results of the annealing temperature effect on bond strength and penetration depth of multi-layer samples showed that in the best case, the penetration depth increased by about 1200% for the 2-layer sample. Further investigation of the results of incremental forming showed that in the best case, the formability of the 3-layer sheet has increased by 42% compared to the Mg sheet. Numerical studies for the forming limit diagram (FLD) by the simulation process in 4 numerical methods: 1- Second derivative of thinning 2- Effective strain rate 3- Thickness strain rate 4- major strain rate and a numerical-experimental method was done. The results showed that the estimation of FLD by numerical-experimental method and the method of second derivative of thinning with 4% error have the best accuracy in predicting FLD.

شكل‌دهي تدريجي , ورق چندلايه , فرايند نورد , شبيه‌سازي , نمودار حد شكل‌دهي

Incremental forming , multilayer sheet , rolling process , simulation , Forming Limited diagram

payam tayebi

ramin hashemi