تحلیل مکانیزم شکست در فرایند شکل‌دهی تدریجی تک نقطه‌ای ورق آلومینیومی AA5052 با معیار آسیب بائو-ویرزبیکی

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 5، دوره 35، شماره 4 - شماره پیاپی 34، دی 1402، صفحه 63-76   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2023.81834.1180

نویسنده

علی زاهدی دیزج یکان^*

استادیار گروه آموزشی مهندسی مواد و ساخت و تولید، دانشگاه محقق اردبیلی

چکیده

شکل‌دهی تدریجی ورق فلزی یکی از روش‌های مورد توجه شکل‌دهی ورق است که اعمال موضعی نیروهای شکل‌دهی و عدم حضور قالب مادگی در آن، باعث افزایش حد شکل‌پذیری ورق و افزایش انعطاف‌پذیری این فرایند در تولید هندسه‌های پیچیده می‌شود. در پژوهش حاضر، از دیدگاه مکانیک آسیب، یکی از ویژگی‌های بارز این فرایند یعنی حدود شکل‌پذیری بر روی ورق آلومینیومی AA5052 مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، ابتدا مدل آسیب بائو- ویرزبیکی در قالب زیر برنامه VUMAT به نرم‌افزار آباکوس معرفی شد. ثابت‌های مدل آسیب، مدل سخت‌شوندگی و مدل تسلیم هیل48 با استفاده از آزمایش‌های کشش تک‌محوری در سه راستای نورد، °45 با راستای نورد و عمود بر راستای نورد برای ورق آلومینیومی کالیبره شد. به منظور بررسی شکل‌پذیری ورق، از هندسه‌های مخروط ناقص و هرم ناقص با زاویه دیواره‌های متغیرِ افزایشی استفاده شد و آزمایش‌های تجربی و شبیه‌سازی فرایند در نرم‌افزار آباکوس انجام گردید. با استفاده از توزیع کرنش و تنش، پدیده شکست و نحوه شروع آن تشریح گردید. نتایج نشان می‌دهد که ورق فلزی قبل از اینکه به ارتفاع نهایی طراحی شده برای دو هندسه برسد، دچار شکست می‌شود به‌طوری‌که برای هندسه هرم ناقص و مخروط ناقص ارتفاع شکست به ترتیب برابر mm9/19 و mm9/16 می‌باشد. با توجه استخراج خواص ناهمسانگردی ورق و استفاده از آن در شبیه‌سازی فرایند، ارتفاع شکست نمونه‌ها با دقت میانگین 9% پیش‌بینی گردید و نتایج نشان داد بدون در نظر گرفتن ناهمسانگردی ورق‌ها، دقت پیش‌بینی ارتفاع شکست ورق افت می‌کند. همچنین انطباق قابل قبولی در پیش‌بینی محل شروع شکست به دست آمد.

کلیدواژه‌ها

شکل‌دهی تدریجی ورق؛ معیار آسیب؛ المان محدود؛ تحلیل تنش

مراجع

 

[1] W. C. Emmens and H. V. D. Boogaard, “An overview of stabilizing deformation mechanisms in incremental sheet forming,” Journal of Materials Processing Technology, vol. 209, no. 8, pp. 3688-3695, 2009.

[2]    M. B. Silva, P. S. Nielsen, N. Bay, and P. A. F. Martins, “Failure mechanisms in single-point incremental forming of metals,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 56, pp. 893-903, 2011.

[3]    R. Malhotra, L. Xue, T. Belytschko, and J. Cao, “Mechanics of fracture in single point incremental forming,” Journal of Materials Processing Technology, vol. 212, no. 7, pp. 1573-1590, 2012.

[4]    K. a. Al-Ghamdi and G. Hussain, “Threshold tool-radius condition maximizing the formability in SPIF considering a variety of materials: Experimental and FE investigations,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. 88, pp. 82-94, 2015.

[5]    M. J. Mirnia and M. Shamsari, “Numerical prediction of failure in single point incremental forming using a phenomenological ductile fracture criterion,” Journal of Materials Processing Technology, vol. 244, pp.17-43, 2017.

[6]    A. Zahedi, B. Mollaei-Dariani, and M. R. Morovvati, “Numerical and experimental investigation of single point incremental forming of two layer sheet metals,” Journal of  Modares Mechanical Engineering, (In Persian), vol. 14, no. 14, pp. 1-8, 2015.

[7]    S. Gatea, H. Ou, B. Lu, and G. McCartney, “Modelling of ductile fracture in single point incremental forming using a modified GTN model,” Journal of Engineering Fracture Mechanics, vol. 186, pp. 59-79, 2017.

[8]    C. F. Guzmán, S. Yuan, L. Duchêne, E. I. Saavedra Flores, and A. M. Habraken, “Damage prediction in single point incremental forming using an extended Gurson model,” International Journal of Solids and Structures, vol. 151, pp. 45-56, 2018.

[9]    A. Kumar, A. Kumar Singh, A. Shrivastava, S. Mishra, and K. Narasimhan, “Shear modified Lemaitre damage model for fracture prediction during incremental sheet forming,” International Journal of Solids and Structures, vol. 252, pp. 111822, 2022.

[10] W. Peng and H. Ou, “Deformation mechanisms and fracture in tension under cyclic bending plus compression, single point and double-sided incremental sheet forming processes,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. 184, p. 103980, 2023.

[11] D. Mohr and S. J. Marcadet, “Micromechanically-motivated phenomenological Hosford–Coulomb model for predicting ductile fracture initiation at low stress triaxialities,” International Journal of Solids and Structures, vol. 67-68, pp. 40-55, 2015.

[12] S. Basak and S. K. Panda, “Failure strains of anisotropic thin sheet metals: Experimental evaluation and theoretical prediction,” International Journal of Mechanical Sciences, vol. 151, pp. 356-374, 2019.

[13] A. Zahedi, B. Mollaei Dariani, and M. J. Mirnia, “Experimental determination and numerical prediction of necking and fracture forming limit curves of laminated Al/Cu sheets using a damage plasticity model,” International Journal of Mechanical Sciences, vol. 153-154, pp. 341-358, 2019.

[14] Z. Cheng et al., “Forming limit analysis of AA5052 sheet under bilinear strain path by designing a novel large-scale gripping fixture,” Journal of Materials Research and Technology, vol. 22, pp. 2425-2439, 2023.