شبيه‌سازي كوپل شكل‌دهي الكترومغناطيسي لوله توسط نرم‌افزارهاي انسيس و الاسداينا و مقايسه با نتايج تجربي

Tube electromagnetic forming coupled simulation by ANSYS and LS-DYNA and comparison with experimental results

شكل دهي الكترومغناطيس يكي از روش هاي شكل دهي ورق هاي فلزي با سرعت بالا است كه از نيروي الكترومغناطيس به عنوان عامل فرم-دهي استفاده مي شود. در اين مقاله، تحليل گذراي كوپل الكترومغناطيس و سپس تحليل سازه اي اين فرايند شكل دهي سريع به صورت شبيه-سازي انجام مي شود. در اين تحليل مدل ماده مورد استفاده وابسته به نرخ كرنش فرض مي شود. در اين روش شبيه سازي، كل زمان فرايند شكل دهي سريع به چند مرحله تقسيم مي شود. در ابتداي مرحله اول ولتاژ و مشخصات هندسي، فيزيكي و مكانيكي قطعه كار، سيم پيچ و قالب به نرم افزار انسيس داده مي شود و پارامترهاي مغناطيسي پروسه مانند چگالي ميدان مغناطيسي و جريان لحظه اي و همچنين نيروهاي الكترومغناطيس از برنامه انسيس استخراج شده و با اعمال آنها به قطعه كار در نرم افزار دينا تحليل سازه اي فرايند انجام مي شود و شكل قطعه-كار در اين مرحله بدست مي آيد. در مرحله دوم با استخراج تغيير شكل لوله از بخش سازه اي مرحله اول، به بخش الكترومغناطيس فرايند در نرم افزار انسيس انتقال داده مي شود. در اين مرحله نيز پس از محاسبه نيروها در انسيس، به بخش سازه اي فرايند در نرم افزار داينا منتقل مي-شود. اين تعامل بين دو نرم افزار چندين مرتبه ادامه پيدا كرده تا كل زمان فرايند به اتمام رسيده و شكل نهايي لوله بدست آيد. سپس نتايج جابه جايي بدست آمده از شبيه سازي با نتايج آزمون تجربي مطابقت داده شد كه تطابق منطقي داشت. بنابراين صحت اين روش تحليل تاييد گرديد. نتايج شبيه سازي و تجربي اين شكل دهي نشان مي دهد كه با افزايش انرژي خازن، جريان بيشينه و نيروي الكترومغناطيس افزايش يافته و در نتيجه مقدار جابه جايي ورق نيز افزايش مي يابد.

Electro Magnetic Forming (EMF) is one of the methods for forming the metal plates with high speed; electromagnet force is used as a forming agent in this process. In this thesis, transient analysis of electromagnetic coil and structure analysis of high speed forming process are simulated. All of the high speed forming process time is divided in several processes. At the beginning of the first stage the voltage and the geometric, physical and mechanical specifications of the workpiece, coil and the mold are entered to the ANSYS software and the magnetic parameters of the process such as magnetic field density and the simulation current are extracted. Also, in this stage magnetic force is obtained in Ansys software and by applying it in the workpiece in LS-DYNA software, agent analysis of the process and shape of piece are obtained. In the second stage the pipe deformation obtained in the first stage is transported to the electromagnetic section of the process in Ansys software. Also in this process, after computation of forces in Ansys, the results are sent to the agent section in Ls-Dyna software. This interaction between these two softwares is repeated several times until the whole process time is finished and the final shape of the pipe is obtained. The results of simulation are compared with the experimental test results, so the accuracy of this method was confirmed. The simulation and experimental results indicate that with increasing the capacitor energy, the peak current and electromagnet force are increased and finally displacement of pieces also increases.