33170

بهينه‌سازي و ارائه مدل تجربي-رياضي جهت پيش‌بيني خواص مكانيكي و شكل‌پذيري در ورق‌ دولايه آلومينيوم/فولاد ضد زنگ

دكترا

مهندسي مكانيك

1398

1403/12/11

دكتر محمد صديقي-دكتر رامين هاشمي

بدون استاد مشاور

مهندسي مكانيك

ورق‌هاي كامپوزيتي فلزي به دليل خواصي همچون مقاومت در برابر خوردگي و سايش و همچنين استحكام، سفتي و شكل‌پذيري بالاتر نسبت به ورق‌هاي پايه كاربرد روزافزوني پيدا كرده‌اند. كامپوزيت‌هاي زمينه آلومينيومي به دليل عملكرد بالاتر و هزينه‌ي كمتر در صدر توليد كامپوزيت‌هاي زمينه فلزي قرار گرفته‌اند و عمدتا در صنايع غذايي و خودروسازي توسعه پيدا كرده‌اند. در اين پژوهش به بررسي خواص مكانيكي، شكل‌پذيري و ريزساختار ورق دولايه آلومينيوم 1050/فولاد ضد زنگ 304 ساخته شده به روش پيوند نوردي سرد به صورت تجربي پرداخته شده است. به همين منظور ابتدا مباني تئوري و عملي تحقيق در مقالات مختلف مورد بررسي قرار گرفته است. پس از انجام طراحي آزمايش به روش پاسخ سطح باكس بنكن با در نظر گرفتن ضخامت لايه‌ها در 3 سطح و نسبت كاهش نورد در مقادير 45، 60 و 75 درصد به عنوان پارامترهاي ورودي، ورق دولايه با استفاده از روش پيوند نوردي ساخته شد. خواص مكانيكي شامل استحكام تسليم، استحكام نهايي، درصد ازدياد طول، استحكام لايه‌كني، سختي و همچنين شكل‌پذيري شامل نمودار حد شكل‌دهي و مقدار 〖FLD〗_0 به عنوان پارامترهاي پاسخ با استفاده از آزمايش‌هاي كشش، سختي و ناكازيما تعيين شد. سپس به بهينه‌سازي خواص مكانيكي و شكل‌پذيري ورق دولايه به صورت همزمان و به طور مجزا پرداخته شد. به منظور بهينه‌سازي شكل‌پذيري يك معيار جديد مبتني بر اندازه مساحت ناحيه‌ي ايمن FLD با در نظر گرفتن حالت‌هاي مختلف بارگذاري تعريف شد. همچنين براي هر يك از پارامترهاي پاسخ يك مدل تجربي-رياضي ارائه شد كه بتوان بر اساس پارامترهاي ضخامت لايه‌ها و نسبت كاهش مقادير خواص مكانيكي و شكل‌پذيري ورق دولايه را پيش‌بيني كرد. با استفاده از مشاهدات ميكروساختاري تغييرات شكل‌پذيري ورق دولايه در برابر پارامترهاي ورودي يعني نسبت ضخامت و نسبت كاهش توجيه شد. در اين پژوهش براي اولين بار منحني حد شكل‌دهي ورق دولايه آلومينيوم/فولاد ضد زنگ ساخته شده به روش پيوند نوردي به صورت تجربي در 17 حالت مختلف به دست آمده و به بهينه‌سازي رفتار ورق پرداخته شده است. نتايج نشان داد ورق دولايه‌ي Al/SS در مقدار نسبت كاهش 45% و مقدار ضخامت لايه‌ي آلومينيومي و فولادي ضد زنگ به ترتيب برابر با 4 و 8/0 ميلي‌متر مقدار شكل‌پذيري ورق دولايه‌ي Al/SS يعني مقدار مساحت ناحيه‌ي ايمن شكل‌پذيري به مقدار بيشينه خود مي‌رسد.

1403/12/22

Optimization and presentation of emperical-mathematical models to predict mechanical properties and formability of aluminum/stainless steel bilayer sheets

3/1/2025 12:00:00 AM

Metal composite sheets have been increasingly used due to properties such as corrosion and wear resistance, as well as higher strength, stiffness and formability than base sheets. Aluminum matrix composites have been at the forefront of metal matrix composite production due to their higher performance and lower cost and have been developed mainly in the food and automotive industries. In this study, the mechanical properties, formability and microstructure of a 1050 aluminum/304 stainless steel bilayer sheet fabricated by cold roll bonding were experimentally investigated. For this purpose, the theoretical and exprimental foundations of the research in various articles were first examined. After conducting an experimental design using the Box-Behnken response surface method, considering the layer thicknesses in 3 levels and the rolling reduction ratio in the values of 45, 60 and 75 percent, the bilayer sheet was manufactured using the roll bonding method. Mechanical properties including yield strength, ultimate strength, percent elongation, peeling strength, hardness, and formability including the forming limit diagram and the 〖FLD〗_0 value were determined using tensile, hardness, and Nakajima tests. Then, the mechanical properties and formability of the bilayer sheet were optimized simultaneously and separately. In order to optimize the formability, a new criterion was defined that can contribute the effect of different loading modes on the bilayer sheet to the formability. Also, an experimental-mathematical model was presented for each of the response parameters that can be used to predict the mechanical properties and formability values of the bilayer sheet based on the layer thickness parameters and the reduction ratio. Using microstructural observations, the formability changes of the bilayer sheet were justified against the input parameters, namely the thickness ratio and the reduction ratio. In this study, for the first time, the forming limit curve of the aluminum/stainless steel bilayer sheet fabricated by roll bonding method was obtained experimentally in 17 different cases and the sheet behavior was optimized. The results showed that the formability value of the Al/SS bilayer sheet, i.e. the area of the safe formability zone, reaches its maximum value at t_Al=4mm, t_SS=0.8mm, r=45%.

ورق دولايه , آلومينيوم/فولاد ضد زنگ , خواص مكانيكي , شكل‌پذيري , نمودار حد شكل‌دهي، , مدل‌ رياضي-تجربي

Bilayer sheet , aluminum/stainless steel , mechanical properties , formability , forming limit diagram , mathematical-empirical models

Seyed Mahdi Atifeh

Dr. Mohammad Sedighi, Dr. Ramin Hashemi