پیش بینی رشد آسیب در شکل دهی ورق های فلزی

چکیده یکی از مهم ترین اهداف و چالش های مهندسین مکانیک در زمینه شکل دهی ورق های نازک فلزی، پیش بینی حد شکل دهی و استحکام محصولات است. مکانیک آسیب پیوسته، ابزار جدیدی است که به خوبی توانسته به این نیاز پاسخ دهد. در این تحقیق، ابتدا مدل های آسیب نرم موجود در نرم افزارabaqus مورد بررسی قرار گرفت. نرم افزار فوق برای مواد نرم دارای هفت مدل آسیب است. هر یک از این مدل ها دارای چند پارامتر وابسته به ماده بوده که تعیین پارامترهای فوق نیازمند انجام آزمایش های متعدد است. به منظور ارزیابی مدل های موجود، تعدادی از آزمون های محک انتخاب و توسط مدل های فوق شبیه سازی گردید. با مقایسه نتایج شبیه سازی های عددی و مقالات علمی، مدل های آسیب نرم مناسب جهت شبیه سازی رشد آسیب در فرآیندهای شکل دهی ورق های نازک فلزی معرفی شد. در ادامه مدل آسیب پیوسته نرم لمتر، به دلیل وابسته بودن به فقط یک پارامتر برای ماده انتخاب گردید. مدل فوق برای بررسی شکست نرم در فرآیندهای شکل دهی ورق فلزی به روش اجزاء محدود و روش تجربی توسعه یافت. در گام اول، یک فرمول بندی مناسب برای مسائل الاستیک- پلاستیک تنش صفحه ای با کرنش های محدود همراه با پدیده آسیب استخراج و یک الگوریتم بهینه جهت حل ارائه گردید. در این الگوریتم نوین، به هنگام نمودن تنش ها تنها توسط یک معادله جبری غیرخطی که کارآیی بالا و افزایش سرعت همگرایی را به دنبال دارد، انجام می گیرد. به منظور پیاده سازی این الگوریتم، یک زیربرنامه تنش صفحه ای بهینه (با دقت و سرعت مناسب) مبتنی بر روش اجزاء محدود برای شبیه سازی فرایندهای شکل دهی ورق هم دما نوشته شد. امتیاز اصلی این زیربرنامه، سرعت و دقت بالا، به کارگیری آن در نرم افزار abaqus و استفاده از المان ها، حل گرهای قوی و دیگر امکانات نرم افزار است. همچنین با استفاده از روش ریزسختی سنجی، پارامتر آسیب نرم لمتر برای فولاد st14 در شرایط تنش صفحه ای هماهنگ با شرایط واقعی استخراج گردید. به منظور اعتبار سنجی مدل آسیب نرم، نتایج به دست آمده از مدل با نتایج تجربی مقایسه شد. پس از کسب اعتبار لازم، تعدادی از فرآیندهای متداول شکل دهی ورق نظیر کشش عمیق، هیدرومکانیکال، هیدروفرمینگ، انبساط ورق سوراخدار و پولک زنی شبیه سازی شده و وقوع شکست نرم در آن ها پیش بینی گردید. همچنین به منظور آشکار شدن قابلیت های زیربرنامه کرنش های محدود، نتایج پیش بینی این زیربرنامه در فرآیند پولک زنی با نتایج زیربرنامه کرنش های کوچک مقایسه شد. در آخر با استفاده از مدل فوق، نمودار حد شکل دهی ورق به صورت عددی پیش بینی و با نتایج عملی مقایسه گردید. مقایسه نتایج نشان داد که زیربرنامه تغییرشکل های بزرگ قادر است با دقت بهتری نسبت به زیربرنامه تغییرشکل های کوچک، نمودار حد شکل دهی در ورق را پیش بینی نماید. لذا نتیجه می شود که مدل و زیربرنامه آسیب نرم لمتر می تواند در تعیین حد شکل دهی فرآیندهای شکل دهی ورق نتایج مناسبی ارائه نموده و تعداد مراحل سعی و خطا را کاهش دهد.