تعيين تجربي و به‌ كارگيري عددي پارامترهاي آسيب نرم آلومينيوم 2024-O

Experimental determination and numerical implementation of ductile damage parameters of Al 2024-O

تعيين پارامترهاي آسيب مواد مختلف مي‌تواند در تحليل و ارزيابي گسيختگي ورق‌هاي نازك فلزي در حين شكل‌دهي بسيار مفيد باشد. كميت آسيب به‌طور عمده به كرنش‌هاي ايجاد شده در قطعه، وضعيت تنش، مسير كرنش و نرخ كرنش وابسته است. وضعيت تنش در محل آسيب يك پارامتر مهم و مؤثر است كه با استفاده از پارامترهايي نظير نسبت تنش سه محوره، پارامتر اثر نامتغير سوم تانسور تنش و تنش معادل توصيف مي‌گردد. در اين مقاله به بررسي رفتار مكانيكي و خواص آسيب نرم آلومينيوم 2024-O پرداختهشده است. هدف تعيين رفتار مكانيكي و ارائه رابطه‌اي براي ارتباط كرنش شكست و وضعيت تنش در محل وقوع آسيب است. براي اين منظور آزمون‌هاي تجربي بر روي نمونه‌هاي صاف و نمونه‌هاي تخت شياردار انجام گرفته است. با استفاده از نمونههايي با شيارهاي متفاوت نسبت تنش سه محورههاي مختلفي در محل شيار در نمونه‌ها ايجاد شده و با تعيين كرنشهاي شكست هريك از نمونهها، ثوابت مربوط به آسيب نرم ماده تعيين گرديده است. با استفاده از نتايج آزمون‌هاي انجام شده، ارتباط كرنش شكست و نسبت تنش سه محوره در رژيم كرنش صفحه‌اي براي آلومينيوم 2024-O ارائه شده است. به منظور ارزيابي روند شبيه‌سازي عددي و كاربرد روابط ارائه شده در شبيه‌سازي‌هاي عددي پيچيده‌تر، مسئله با استفاده از معيار آسيب نرم در نرم‌افزار آباكوس شبيهسازي گرديده و نتايج با نتايج آزمون‌هاي تجربي مقايسه شده است. نتايج شبيه‌سازي‌هاي عددي و تجربي از همخواني بسيار خوبي برخوردار است.

Determination of the damage parameters for different materials can be beneficial to the analysis and assessment of rupture during forming of thin metallic plates. The amount of damage depends on the strain amplitude, the state of stress, and also the path and rate of the strain. The state of stress at the damage location is an important and effective parameter which is described by stress triaxilality, load angle and equivalent stress. In this paper, the mechanical behavior and ductile damage properties of Al 2024-O have been investigated. The aim was the determination of the mechanical behavior and development of an expression for correlation between the failure strain and the state of stress at the damage location. Hence, the experimental tests were carried out on both smooth and notched flat specimens. Various levels of stress triaxiality in notched specimens were created by variation of the notch radius. Based on the test results, a new expression has been developed for correlation between the failure strain and the triaxiality ratio for Al 2024-O in the plane strain regime. In order to evaluate the simulation procedure and applicability of the proposed expressions in more complex problems, the process was simulated using ductile damage criterion in the ABAQUS software, and the experimental and numerical results were compared. Very good agreements were observed between the simulation and experimental results.