30848

رفتار مكانيكي آلياژ آلومينيوم در نرخ كرنش بالا: كاربرد در ماشين‌كاري

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي

1399

1403/2/19

سيد علي نيك نام - بهنام داودي

ندارم

پرديس دانشگاهي - دانشكده مهندسي مكانيك

در صنعت ساخت و توليد، تقاضاي محصولات با كيفيت بالا باعث پيشرفت‌هاي قابل توجه در فناوري‌هاي ماشين‌كاري شده است. تعداد زيادي از پژوهشگران به رفتار ديناميكي مواد پرداخته‌اند، با هدف به دست آوردن درك عميق‌تري از تغيير شكل مواد در نرخ كرنش بالا. رفتار ديناميكي مواد در تغيير شكل آن‌ها در فرآيندهاي ماشين‌كاري بسيار مهم است. آلياژهاي آلومينيوم (AAs)، به خصوص AA 5052-H34 و AA 7075-T6، به دليل تركيب منحصر به فرد از سبكي و استحكامشان، اهميت زيادي پيدا كرده‌اند. اين تحقيق بر روي مدل‌سازي رفتار ديناميكي اين آلياژها در حين شبيه‌سازي عناصر محدود (FE) فرآيند تراشكاري خشك با استفاده از معادله سازنده Johnson–Cook (J-C)، با ضرايب حاصل شده از آزمون Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB)، تمركز دارد. يك شبيه‌سازي عددي با استفاده از نرم‌افزار ABAQUS/CAE 2021 توسعه يافت و با آزمون‌هاي ماشين‌كاري تحت شرايط صنعتي تاييد شد، كه تأثير قابل توجه سرعت تغذيه را بر رفتار ديناميكي آلياژها، ضخامت تراشه، و مورفولوژي نشان داد. اين كار تأييد كرد كه دماي شبيه‌سازي ماشين‌كاري با افزايش سرعت برش و سرعت تغذيه افزايش مي‌يابد. AA 5052-H34 و AA 7075-T6 رفتارهاي متضادي را تحت شرايط متغير ماشين‌كاري در مطالعه سايش ابزار نشان دادند. هر دو ماده ، با حداقل زبري سطح به دست آمده در سرعت‌هاي تغذيه پايين و سرعت‌هاي برش بالا ،تغييرات مشابهي در زبري سطح ماشين‌كاري نشان دادند. دقت شبيه‌سازي FE با تطابق بين نتايج آزمايشي و شبيه‌سازي تأييد شد. يافته‌هاي تحقيق نشان مي‌دهد كه اثر سخت‌كنندگي نرخ كرنش در AA 7075-T6 نسبت به AA 5052-H34 بيشتر است. همانطور كه نرخ كرنش افزايش مي‌يابد، استحكام نهايي ماده در آلياژ 7075 نسبت به آلياژ 5052 افزايش بيشتري مي‌يابد. آزمون‌هاي شبيه‌سازي SHPB بر اساس مدل J-C ماده AA 5052-H34 دقت بيشتري نسبت به آن‌هايي كه بر اساس مدل J-Cماده AA 7075-T6 انجام شدند، نشان دادند. با اين حال، در شبيه‌سازي فرآيند ماشين‌كاري، دقت بيشتري در آلياژ 7075 مشاهده شد. در كل، اين تفاوت‌ دقت ها مقدار ناچيزي بودند. مناسب بودن پارامترهاي آسيب براي هر دو ماده با نتايج شبيه‌سازي ماشين‌كاري تاييد شد.

1403/02/22

Mechanical Behavior of Al-alloy in High Strain Rate: Application in Machining

1/1/1900 12:00:00 AM

In the manufacturing industry, the demand for high-quality products has driven significant advancements in machining technologies. Numerous researchers have delved into the dynamic behavior of materials, aiming to gain a deeper understanding of material deformation at high strain rates. The dynamic behavior of materials is pivotal in their deformation during machining processes. Aluminum alloys (AAs), specifically AA 5052-H34 and AA 7075-T6, have gained prominence due to their unique combination of lightness and strength. This research focuses on the dynamic behavior modeling of these alloys during dry-turning finite element (FE) simulation using the Johnson–Cook (J-C) constitutive equation, with coefficients derived from the Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) test. A numerical simulation using ABAQUS/CAE 2021 software was developed and validated with machining tests under industrial conditions, revealing the significant impact of the feed rate on the dynamic behavior of the alloys, chip thickness, and morphology. The work confirmed that machining simulated temperature rises with increased cutting speed and feed rate. AA 5052-H34 and AA 7075-T6 exhibited contrasting behaviors under varying machining conditions in the study of tool wear. Both materials demonstrated similar surface roughness changes in machining, with the minimum surface roughness achieved at low feed rates and high cutting speeds. The accuracy of the FE simulation was confirmed by the congruence between the experimental and simulation results. The research findings indicate a more pronounced effect of strain rate hardening in AA 7075-T6 compared to AA 5052-H34. As the strain rate increases, the strength of the material increases more significantly in 7075 alloy than in 5052 alloy. The SHPB simulation tests based on the AA 5052-H34 J-C model demonstrated higher accuracy than those based on the AA 7075-T6 J-C model. However, in the simulation of the machining process, more accuracy was observed in 7075 alloy. Overall, these differences in accuracy were insignificant. The appropriateness of the damage parameters used for both materials was validated by the results of the machining simulation.

آلياژهاي آلومينيوم , ماشين‌كاري , ميله فشار اسپليت-هاپكينسون , نرخ كرنش بالا , جانسون- كوك , شبيه سازي عددي

Aluminium alloys , Machining , Split-Hopkinson pressure bar , High Strain Rate , Johnson-Cook , numerical simulations

Abbas Alkhafaji

Dr. Niknam