بررسي تجربي و يكپارچه سازي تحليل المان محدود و روش پاسخ سطح براي بهينه سازي چندمتغيره پارامترهاي هندسي در هيدروفرمينگ لوله هاي دولايه مس- آلومينيوم

Experimental investigation and integration of finite element analysis and response surface method to multi-objective optimization of geometrical factors in bi-layered Al-Cu tubes hydroforming

فرآيند هيدروفرمينگ، يك روش پيشرفته براي شكل دهي قطعات لوله اي به شكل موردنظر قالب، با اعمال فشار بالا و تغذيه محوري مي باشد. لوله هاي دو لايه متشكل از دو لوله فلزي مختلف (مانند آلومينيوم و مس) مي باشند كه براي استفاده در محيط هاي تركيبي كه لوله هاي تك لايه عملكرد مناسبي ندارند، توصيه مي شوند. استفاده از اين لوله ها در انتقال سيالات خورنده با دماي بالا، هوافضا و صنايع هوايي، توليد نفت و نيروگاه هاي اتمي پيشنهاد مي گردد. در اين مقاله، كاهش ضخامت و ارتفاع چروكيدگي لوله هاي دولايه از نظر پارامترهاي هندسي ( طول، قطر و ضخامت لوله هاي داخلي و خارجي، طول و ارتفاع بالج، طول پخ ) با استفاده از روش المان محدود و طراحي آزمايشات به روش پاسخ سطح مدل سازي شده است. همچنين مدل المان محدود ساخته شده با نتايج تجربي صحه گذاري گرديده است. اثر پارامترهاي هندسي و برهمكنش آن ها بر پاسخ ها، تعيين شده و مورد بحث قرار گرفته است. پارامترهاي هندسي بهينه با در نظر گرفتن حداقل كاهش ضخامت و ارتفاع چروكيدگي، با استفاده از بهينه سازي چند متغيره به دست آمده است. نتايج بهينه سازي داراي تطابق خيلي خوبي با آزمايشات تجربي مي باشد.

Tube hydroforming process is an unconventional method to deform tubular components to the desired shape of die cavity by applying high pressure and axial feed displacement. Bi-layered tubing which consists of two different metallic layers (such as aluminum and copper) is recommended to use in complex working environments as it offers combined properties that single layer structure does not have. Using of this tubes are suggested in transferring high-temperature corrosive fluids, aerospace and aviation industries, oil production and nuclear power plants. In this paper, thickness reduction and wrinkle height of the bi-layered hydroformed tube are modeled in terms of geometrical factors (lengths, diameter and thickness of inner and outer tubes, lengths and heights of bulge, Chamfer lengths) using finite element method and design of experiments (DOE) with surface response method (RSM). As well, finite element model was built and experimentally validated. The geometrical factors effects and their interactions on the responses were determined and discussed. Optimum geometrical factors are obtained by minimizing thickness reduction and wrinkle height using multi-objective optimization. The optimization results are in good agreement with the experimental test.