مطالعه شکل پذیری در فرایند شکل دهی غلتکی: نگرشی بر اثر پارامترهای فرایند بر توزیع آسیب

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 8، دوره 36، شماره 2 - شماره پیاپی 36، مرداد 1403، صفحه 115-128   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2023.84727.1207

نویسندگان

حسین طالبی قادیکلایی^{* 1}؛ حسن مسلمی نائینی²؛ وحید زال³؛ فرزاد احمدی خطیر⁴

¹گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

²گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

³گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران

⁴گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

در این پژوهش، پدیده شکست‌نرم در فرایندهای شکل‌دهی غلتکی یک مرحله‌ای مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا، رفتار شکست آلیاژ آلومینیوم 6061-T6 به کمک معیار شکست‌نرم پدیدارشناختی (موهر-کلمب اصلاح شده)، به کار گرفته شد. در ادامه، کالیبراسیون معیار شکست‌نرم به کمک روش ترکیبی تجربی-شبیه‌سازی انجام پذیرفت. مدل‌سازی فرایند شکل‌دهی غلتکی به کمک تحلیل اجزای محدود انجام شد و معیار شکست توسط زیربرنامه مناسب به شبیه‌سازی اجزای محدود اعمال گردید. مطابق با نتایج، معیار مور-کلمب با درصد خطای 47/4 قابلیت پیش‌بینی شروع شکست در فرایند شکل‌دهی غلتکی یک مرحله‌ای را دارا می‌باشد. با توجه به اثر پذیری دقت نتایج توزیع آسیب از حالت تنش در طول فرایند، اثر پارامترهای فرایند شامل ضخامت، زاویه خم و شعاع گوشه بر پارامتر سه محوری تنش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بیانگر این موضوع می‌باشد که پارامترهای مذکور تاثیر قابل توجهی بر مقدار پارامتر سه محوری تنش نداشته و مقدار میانگین آن در تمامی حالات در محدوده 57/0 قرار دارد. لذا، نتایج پیش بینی شکست توسط این معیار، قابل تعمیم به سایر حالات در فرایند شکل‌دهی غلتکی می‌باشد. بر این اساس، اثر پارامترهای فرایند بر توزیع آسیب و شکست حین فرایند شکل‌دهی غلتکی بررسی شد. مطابق با نتایج، افزایش ضخامت ورق و زاویه خم موجب افزایش اسیب و همچنین، افزایش شعاع خم موجب کاهش سطح آسیب و با تاخیر افتادن وقوع شکست در فرایند می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

شکل دهی غلتکی؛ شکست نرم؛ حالت تنش؛ مکانیک تغییر شکل

مراجع

1. Elyasi, F. A. Khatir and M. Hosseinzadeh, "Manufacturing metallic bipolar plate fuel cells through rubber pad forming process", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 89, pp. 3257-3269, (2017). https://doi.org/10.1007/s00170-016-9297-6
2. Elyasi, H. T. Ghadikolaee and M. Hosseinzadeh, "Fabrication of metallic bipolar plates in PEM fuel cell using semi-stamp rubber forming process", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 92, pp. 765-776, (2017). https://doi.org/10.1007/s00170-017-0206-4
3. Modanloo, V. Alimirzaloo and M. Elyasi, "Manufacturing of titanium bipolar plates using warm stamping process", Arabian Journal for Science and Engineering, vol. 45, pp. 9661-9667, (2020). https://doi.org/10.1007/s13369-020-04870-3
4. Talebi-Ghadikolaee, V. Modanloo, M. Elyasi and F. A. Khatir, "Multiple criteria decision support analysis for manufacturing process parameters selection of metallic bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cells", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, p. 14644207231203312, (2023). https://doi.org/10.1177/14644207231203312
5. Seddighi, M. M. Barzegari and H. Talebi-Ghadikolaee, "Numerical-experimental investigation of using rubber blank holder on wrinkling of metallic bipolar plates formed by stamping process", International Journal of Hydrogen Energy, (2023). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.03.172
6. Elyasi, M. Paluch and M. Hosseinzadeh, "Predicting the bending limit of AA8112 tubes using necking criterion in manufacturing of bent tubes", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 88, pp. 3307-3318, (2017). https://doi.org/10.1007/s00170-016-9042-1
7. Elyasi, M. Bakhshi-Jooybari, A. Gorji, S. Hosseinipour and S. Nourouzi, "New die design for improvement of die corner filling in hydroforming of cylindrical stepped tubes", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, vol. 223, no. 7, pp. 821-827, (2009). https://doi.org/10.1243/09544054JEM1344
8. A. Nourmohammadi, M. Elyasi, and M. J. Mirnia, "Flexibility improvement in two-point incremental forming by implementing multi-point die," The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 102, pp. 2933-2952, (2019). https://doi.org/10.1007/s00170-019-03307-y
9. Hashemi, M. Hoseinpour and S. M. H. Seyedkashi, "Determination of Optimal Pressure Path in Sheet Hydroforming Process using Simulated Annealing Method", Journal Of Applied and Computational Sciences in Mechanics, vol. 28, no. 1, pp. 123-131, (2017). https://doi.org/10.22067/fum-mech.v28i1.41691.
10. Azamirad, B. Arezoo, "Automatic determination of non-uniform blank-holder force in sheet metal forming", Journal Of Applied and Computational Sciences in Mechanics, vol. 34, no. 1, pp. 81-96, (2022). https://doi.org/10.22067/jacsm.2022.73195.1066.
11. Hajiahmadi, H. M. Naeini, H. Talebi-Ghadikolaee, R. Safdarian and A. Zeinolabedin-Beygi, "Effect of anisotropy on spring-back of pre-punched profiles in cold roll forming process: an experimental and numerical investigation", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, pp. 1-14, (2023). https://doi.org/10.1007/s00170-023-12516-5
12. Talebi-Ghadikolaee, M. M. Barzegari and S. Seddighi, "Investigation of deformation mechanics and forming limit of thin-walled metallic bipolar plates", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 48, no. 11, pp. 4469-4491, (2023). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.10.270
13. Talebi-Ghadikolaee, H. Moslemi Naeini, A. H. Rabiee, A. Zeinolabedin Beygi, and S. Alexandrov, "Experimental-numerical analysis of ductile damage modeling of aluminum alloy using a hybrid approach: ductile fracture criteria and adaptive neural-fuzzy system (ANFIS)", International Journal of Modelling and Simulation, pp. 1-16, (2022). https://doi.org/10.1080/02286203.2022.2121675
14. Ahmadi khatir, M. Elyasi, H. Talebi-Ghadikolaee, and V. Modanloo, "Experimental investigation and Numerical simulation of bending parameters on the spring back of the tube in the rotational bending process", Journal Of Applied and Computational Sciences in Mechanics, (2023).https:// doi.org/10.22067/jacsm.2023.84485.1204.
15. Kadkhodayan, R. Akbary, "An Investigation into the Effect of Friction and Blank Holden Force on the Springblak of U-bending of an Isotropic Plates", Journal Of Applied and Computational Sciences in Mechanics, vol. 21, no. 1, pp. 115-127, 2010. https://doi.org/10.22067/fum-mech.v21i1.7715.
16. Talebi-Ghadikolaee, H. M. Naeini, E. T. Ghadikolaee and M. J. Mirnia, "Predictive modeling of damage evolution and ductile fracture in bending process", Materials Today Communications, vol. 31, p. 103543, (2022). https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.103543
17. Zohrabi, S. Mazdak and H. Talebi-Ghadikolaee, "Selection of Appropriate Ductile Fracture Criterion to Predict Failure of Folded Cross Section Profiles in Reshaping Process", Iranian Journal of Manufacturing Engineering, vol. 8, no. 8, pp. 24-37, (2021).
18. Zahedi Dizajyekan, "Investigation of Fracture Mechanism in Single Point Incremental Forming of AA5052 Aluminum Alloy Using the Bao-Wierzbicki Damage Model", Journal Of Applied and Computational Sciences in Mechanics, vol. 35, no.34, pp. 63-76 (2023). https://doi.org/10.22067/jacsm.2023.81834.1180
19. Ma, X. Yan and T. Gernay, "Ductile fracture of dual-phase steel at elevated temperatures", Engineering Structures, vol. 288, p. 116256, (2023). https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.116256
20. Yang, Y. Guo and Y. Li, "A new ductile failure criterion with stress triaxiality and Lode dependence", Engineering Fracture Mechanics, p. 109394, (2023).https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.116256
21. Lou, H. Huh, S. Lim and K. Pack, "New ductile fracture criterion for prediction of fracture forming limit diagrams of sheet metals", International Journal of Solids and Structures, vol. 49, no. 25, pp. 3605-3615, (2012). https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2012.02.016
22. J. Mirnia, 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). https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.01.029
23. J. Mirnia, M. Vahdani, "Calibration of ductile fracture criterion from shear to equibiaxial tension using hydraulic bulge test", (2020). https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116589
24. Zahedi, B. M. 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, pp. 341-358, (2019).https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2019.02.002
25. Zhan, Q. Hu, Z. Wang, S. Cai, and J. Chen, "The numerical method for predicting failure in single point incremental forming using a new anisotropic ductile fracture model," Procedia Manufacturing, vol. 29, pp. 45-52, (2019). https://doi.org/10.1016/j.promfg.2019.02.104
26. B. Othmen, N. Haddar, A. Jegat, P.-Y. Manach and K. Elleuch, "Ductile fracture of AISI 304L stainless steel sheet in stretching", International Journal of Mechanical Sciences, p. 105404, (2020). https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2019.105404
27. S. Zeinali, H. M. Naeini, H. Talebi-Ghadikolaee and V. Panahizadeh, "Numerical and experimental investigation of fracture in roll forming process using Lou–Huh fracture criterion", Arabian Journal for Science and Engineering, vol. 47, no. 12, pp. 15591-15602, (2022). https://doi.org/10.1007/s13369-022-06662-3
28. Zhao, Y. Yan, H. B. Wang and J. F. Gao, "Finite element analysis and fracture forecast of U channel flexible roll forming", Advanced Materials Research, vol. 683: Trans Tech Publ, pp. 604-607, (2013).https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.683.604
29.  Dadgar Asl, M. M. Sheikhi, A. Pourkamali Anaraki and M. Hosseinpour Gollo, "Experimental and Numerical Analysis of Fracture on Flexible Roll Forming Process of channel section in Aluminum 6061-T6 sheet", Modares Mechanical Engineering, vol. 16, no. 5, pp. 329-338, (2016).
30. Wang, Y. Yan, F. Jia, and F. Han, "Investigations of fracture on DP980 steel sheet in roll forming process", Journal of Manufacturing Processes, vol. 22, pp. 177-184, (2016). https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2016.03.008
31. D. Deole, M. R. Barnett, and M. Weiss, "The numerical prediction of ductile fracture of martensitic steel in roll forming", International Journal of Solids and Structures, vol. 144, pp. 20-31, (2018). https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2018.04.011
32. Talebi-Ghadikolaee, H. M. Naeini, M. J. Mirnia, M. A. Mirzai, H. Gorji and S. Alexandrov, "Ductile fracture prediction of AA6061-T6 in roll forming process", Mechanics of Materials, vol. 148, p. 103498, )2020(. https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2020.103498
33. Talebi-Ghadikolaee, H. M. Naeini, M. J. Mirnia, M. A. Mirzai, S. Alexandrov and M. S. Zeinali, "Modeling of ductile damage evolution in roll forming of U-channel sections", Journal of Materials Processing Technology, vol. 283, p. 116690, (2020). https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116690
34. Talebi-Ghadikolaee, H. M. Naeini, M. J. Mirnia, M. A. Mirzai, H. Gorji, and S. Alexandrov, "Fracture analysis on U-bending of AA6061 aluminum alloy sheet using phenomenological ductile fracture criteria," Thin-Walled Structures, vol. 148, p. 106566, (2020).https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.106566
35. Talebi-Ghadikolaee, H. Moslemi Naeini, M. Mirnia, M. Mirzai, H. Gorji and S. Alexandrov, "Study of the effect of calibration procedure on the accuracy of the phenomenological ductile fracture criteria in sheet metal forming", Journal of Solid and Fluid Mechanics, vol. 10, no. 1, pp. 1-16, (2020).
36. Talebi-Ghadikolaee, H. Moslemi Naeini, M. J. Mirnia, M. A. Mirzai, S. Alexandrov and H. Gorji, "Experimental and numerical investigation of failure during bending of AA6061 aluminum alloy sheet using the modified Mohr-Coulomb fracture criterion", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 105, pp. 5217-5237, (2019). https://doi.org/10.1007/s00170-019-04549-6
37. Zou, N. Zhou, Y. Peng, D. Tang and D. Li, "Numerical simulation of the roll forming process of aluminum folded micro-channel tube", Journal of Physics: Conference Series, vol. 734, no. 3: IOP Publishing, p. 032016, (2016). https://doi.org/10.1088/1742-6596/734/3/032016