پیش‌بینی نمودار حد شکل‌دهی ورق‌ها با شبیه‌سازی عددی آزمون‌های ناکازیما و مارسینیاک اصلاح شده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 خواجه نصیر مهندسی مواد

چکیده

نمودار حد شکل‌دهی از ابزارهای مفید در بررسی شکل‌دهی ورق‌های فلزی به منظور طراحی محصولات صنعتی به شمار می‌رود. استخراج نمودارهای حد شکل‌دهی به صورت تجربی، مستلزم آزمایش‌های دقیق، صرف زمان و هزینه زیاد است. از اینرو پژوهش‌های متعددی در استفاده از روش‌های تحلیلی و نرم‌افزارهای المان محدود برای تعیین این نمودارها صورت گرفته است. در این پژوهش، منحنی‌های حد شکل‌دهی برای ورق آلیاژ آلومینیوم 3105 از طریق شبیه‌سازی آزمون ناکازیما و آزمون مارسینیاک اصلاح شده در نرم‌افزار آباکوس به دست آمده است. به منظور تعیین عددی نمودارهای حد شکل‌دهی آلیاژ آلومینیوم 3105 ،معیار تسلیم هیل 1948 ،معیار تسلیم هاسفورد و مدل آسیب گارسن بر پایه هاسفورد با به کارگیری روابط سخت‌شوندگی وس و توانی بررسی و مقایسه شدند. به دلیل عدم وجود معیار تسلیم هاسفورد و مدل آسیب گارسن بر پایه هاسفورد در نرم‌افزار آباکوس، زیرروال نویسی ویومت توسعه یافته و جهت تعیین رفتار آلیاژ آلومینیوم 3105 مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان دادند معیار هیل 1948 ،برای آلیاژهای آلومینیوم، اختلاف زیادی با نتایج تجربی دارد و استفاده از معیار هاسفورد و مدل آسیب گارسن بر پایه هاسفورد، از تطابق خوبی با نتایج تجربی برخوردار است. همچنین به دلیل وجود حفره‌ها در ساختار فلزات، مدل آسیب گارسن به جهت دارا بودن پارامتر کسر حجمی حفره‌ها، توجیه فیزیکی بیشتری نسبت به سایر معیارها دارد. همچنین آزمون مارسینیاک اصلاح شده، نسبت به آزمون ناکازیما نمودار حد شکل‌دهی را در کرنش‌های حدی پایینتر نسبت به آزمون ناکازیما پیش‌بینی می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Predicting Sheets Forming Limit Diagrams by Numerical Simulation of Nakazima and Modified Marciniak Tests

نویسندگان [English]

  • Valeh Talebsafa 1
  • Mehrdad Aghaie Khafri 2
1 Materials Science and Engineering, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Forming limit diagram is a useful tool for investigation of sheet’s formability for designing industrial products. Experimentally extracting forming limit diagram requires exact experimental tests, and is time consuming, and expensive. Therefore, several studies have been carried out on the usage of theoretical methods and finite element software for determining these diagrams. In this study, forming limit diagram for AA3105 aluminum alloy sheet were obtained by simulating the Nakazima and modified Marciniak tests in ABAQUS software. In order to numerically determine forming limit diagram of AA3105, Hill yield criterion, Hosford yield criterion and Gurson, Tvergaad and Needleman damage model based on the Hosford criterion and Voce and power law hardening rules were investigated. Due to the lack of the Hosford yield criterion and the Gurson, Tvergaad and Needleman damage model based on Hosford criterion in the ABAQUS software, VUMAT subroutines has been developed and used to determine the behavior of the AA3105 aluminum alloy. The results showed that the predicted forming limit diagram based on the Hill criterion, shows large deviation from experimental results. The usage of the Hosford criterion and Gurson, Tvergaad and Needleman damage model for aluminum alloys showed a better correlation with experimental results. Also, due to the presence of voids in metals, the Gurson, Tvergaad and Needleman damage model which is based on the void volume fraction has a greater physical justification than the other yield criterions. Furthermore, by comparing numerical forming limit diagrams that obtained from Nakazima and modified Marciniak tests, it was concluded that the limit strains in modified Marciniak test is lower than the Nakazima test.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Forming limit diagram؛ Anisotropic yield criteria؛ Gurson؛ Tvergaad and Needleman damage model
  • Nakazima test
  • Modified Marciniak test

مراجع

[1] M.Aghaie, Formability of Metals, K.N. Toosi University of Technology 2015,(in Persion).
[2]  S.P. Keeler, W.A. Backhofen, Plastic instability and fracture in sheet stretched over rigid punches, ASM Transactions Quarterly, 56 (1964) 25-48.
[3]  G. Goodwin, Application of strain analysis to sheet metal forming in the press shop,  (1968) 1-12.
[4] S. Xu, K.J. Weinmann, Prediction of forming limit curves of sheet metal using Hill’s (1993) user-friendly yield criterion of anisotropic materials, International Journal of Mechanical Sciences, 40 (1998) 913–925.
[5] P. Friedman, J. Pan, Effect of plastic anisotropic and yield criteria on prediction of forming limit curves, International Journal of Mechanical Sciences, 42 (2000) 29-48.
[6] M. Ganjiani, A. Assempour, An improved analytical approach for determination of forming limit diagrams considering the effects of yield functions, Journal of Materials Processing Technology, 182 (2007) 598.706
[7] M. Aghaie-Khafri, R. Mahmudi, Predicting of plastic instability and forming limit diagrams, International Journal of Mechanical Sciences 46 (2004) 1289–1306.
[8]G. Fang, L. Qing-Jun, L. Li-Ping, Z. Pan, Comparative analysis between stress- and strain-based forming limit diagrams for aluminum alloy sheet 1060, Transaction of  Nonferrous Metals Society of  China, vol.22 (2012) 343-349.
[9] S. Panich, F. Barlat, V. Uthaisangsuk, S. Suranuntchai, S. Jirathearanat, Experimental and theoretical formability analysis using strain and stress based forming limit diagram for advanced high strength steels, Materials & Design, 51 (2013) 756–766.
[10] E. Karajibani, R. Hashemi, M. Sedighi, Determination of Forming Limit Curve in Two-Layer Metallic Sheets using the Finite Element Simulation, Journal of Materials Design and Applications, 230 (2015) 1018–1029.
[11]C. Zhang, L. Leotoing, G. Zhao, D. Guines, E. Ragneau, comparative study of different necking criteria for numerical and experimental prediction of FLCs, Journal of Materials Engineering and Performance, 20 (2011) 1036-1042.
[12] J.Samei, D.E.Green, J.Cheng, M.Lima, Influence of strain path on nucleation and growth of voids in dual phase steel sheets, Materials and Design, 92 (2016) 1028–1037.
[13] V. Tvergaard, A. Needleman, Analysis of the cupcone fracture in a round tensile bar, Acta metallurgica, 32(1) (1984) 157-169.
[14]   Z. Chen, X. Dong, The GTN damage model based on Hill’48 anisotropic yield criterion and its application in sheet metal forming, Computational Materials Science, 44 (2009) 1013–1021.
[15]   M. Abbasi, M.A. Shafaat, M. Ketabchi, D.F. Haghshenas, Mo.Abbasi, Application of the GTN model to predict the forming limit diagram of IFSteel, Journal of Mechanical science and Technology, .253-543 )2102( )2(62
[16]   M.H. Parsa, M. Ettehad, P.H. Matin, S.N.A. Ahkami, Experimental and Numerical Determination of Limiting Drawing Ratio of Al3105- PolypropyleneAl3105 Sandwich Sheets, Journal of Engineering Materials and Technology, 132 (2010).
[17]   A. Kami, B.M. Dariani, A.S. Vanini, D.S. Comsa, D. Banabic, Numerical determination of the forming limit curves of anisotropic sheet metals using GTN damage model,, Journal of Materials Processing Technology, 216 (2015) 472–483.
[18]   W. Hosford, R. Caddell, Metal forming mechanics and metallurgy, Cambridge University Press, 2007.
[19]   D. Banabic, Formability of metallic materials, 2000.
[20]   T. Belytschko, W.K. Liu, B. Moran, K. Elkhodary, Nonlinear finite elements for continua and structures, John wiley & sons, 2013.
[21]   A.Petek, T.Pepelnjak, K.Kuzman, An improved method for determining forming limit diagram in the digital environment, J. of Mechanical Engineering, 51 (2005) 330–345.
[22] H.J. Bong, F. Barlat, M.G. Lee, D.C. Ahn, The forming limit diagram of ferritic stainless steel sheets: Experiments and modeling, International Journal of Mechanical Sciences, 64 (2012) 1-10.
[23] M. Moshksar, S. Mansorzadeh, Determination of the forming limit diagram for Al 3105 sheet, Journal of Materials Processing Technology, 141 (2003) 138-142.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 52، شماره 3
خرداد 1399
صفحه 527-542

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار