تعيين تجربي و پيش بيني منحني هاي حد شكل دهي گلويي و شكست ورق آلومينيوم 2024 با استفاده از معيار آسيب

Experimental Determination and Numerical Prediction of Necking and Fracture Forming Limit Curves of 2024 Aluminum Alloy Sheet Using Damage Criterion

منحني هاي حد شكل دهي ورق از ابزارهاي مفيد در بررسي شكل پذيري ورق به منظور طراحي محصولات صنعتي به شمار مي رود. براي تعيين اين منحني ها روش ها و دستورالعمل هايي در قالب آزمايش هاي تجربي تدوين و ارائه شده است. هزينه بر و زمان بر بودن انجام اين آزمايش هاي تجربي باعث شده است تا پژوهش هاي متعددي در استفاده از روش هاي تحليلي و نرم افزارهاي المان محدود در تعيين اين منحني ها صورت بگيرد. در تحقيق حاضر، منحني هاي حد شكل دهي گلويي و حد شكست ورق هاي آلومينيوم آلياژي 2024 با استفاده از روش اتساع نيم كروي به صورت تجربي و عددي به دست آمده است. براي اين منظور هندسه هاي متفاوتي از ورق فلزي براي ايجاد مسير كرنش هاي مختلف به كار گرفته شده است. براي شبيه سازي آزمايش هاي تجربي، از حل گر صريح نرم افزار تحليلي آباكوس استفاده گرديد. با استفاده از روابط تئوري و آزمايش هاي تجربي، خواص شكست ورق آلومينيومي برحسب كرنش شكست، تنش سه محوري و پارامتر زاويه لود تعيين و به نرم افزار معرفي شد. با استفاده از مدل آسيب نرم، كرنش هاي حد شكل دهي شكست توسط مدل عددي صحه گذاري شده، استخراج گرديد. براي تعيين كرنش هاي حد شكل دهي گلويي از روشي بر اساس تغييرات كرنش بيشينه در ناحيه گلويي شدن، بهره گرفته شد. مقايسه نتايج به دست آمده نشان مي دهد كه مدل عددي به كار گرفته شده، مي تواند با بيشترين خطايي حدود %6 كرنش هاي حد شكل دهي گلويي و شكست ورق آلومينيومي 2024 را پيش بيني نمايد.

Forming limit diagram (FLD) is one of the useful tools in the assessment of the sheet formability for designing industrial products. Experimental methods have been developed to determine FLDs. Costly and time-consuming experiments have led to several studies on the use of analytical methods and finite element software for predicting FLDs. In the present study, the necking and fracture forming limit curves of AA2024 aluminum alloy sheet were experimentally and numerically obtained through the hemispherical stretching test. Different geometries of the initial blank were considered to create different strain paths. The commercial finite element code Abaqus/Explicit was utilized to simulate experimental tests. Using theoretical equations and experimental results, fracture properties of the aluminum sheet in terms of the equivalent plastic strain at fracture, the stress triaxiality and the Lode angle parameter were captured and implemented in the Abaqus software. In order to capture necking forming limit strains, a numerical criterion based on the major strain variation in the necking zone has been considered. Comparison of the results shows that the numerical model can predict the forming and fracture limit strains with the maximum error of about 6%.