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.

مکانیک آسیب پیوسته، به عنوان یکی از شاخه های نوپا در علم مکانیک، متممی قدرتمند برای مکانیک شکست محسوب می گردد. تمامی مواد به صورت ذاتی دارای نقص هایی بصورت ترک، حفره و عیوب دیگر می باشند. این عیوب می توانند در خلال تولید ماده یا حین بارگذاری شکل گیرند. هدف اصلی مکانیک آسیب، بررسی رشد تمامی عیوب و تأثیر آنها بر روی استحکام مکانیکی ماده است. وجه مشترک موجود در تمامی مدل های آسیب پیوسته، بیان عیوب ریز ساختاری توسط یک متغیر میدانی پیوسته است. با توجه به میدان آسیب پیوسته، معادلات ساختاری موجود به گونه ای فرمول بندی و پیاده سازی می گردند که اثر آسیب پیشرونده در ماده به صورت افت خواص مکانیکی از قبیل استحکام یا سختی در نظر گرفته شود. تعیین حد شکل دهی و پیش بینی مود های شکست در فرآیندهای شکل دهی یکی از چالش های مهم در این زمینه محسوب می گردد. فرآیندهای کشش عمیق ظروف مستطیلی و شکل دهی بدنه خودرو به دلیل مسیرهای کرنش غیر خطی از اهمیت خاصی برخوردار هستند. در این پایان نامه با استفاده از دو مدل آسیب نرم fld و لمتر به پیش بینی شروع آسیب و رشد آن در فرایندهای مذکور پرداخته شده و حد شکل پذیری ورق نیز تعیین می گردد. معیار آسیب لمتر بر مبنای تئوری تنش صفحه ای الاستیک- پلاستیک و تئوری کرنش های محدود جهت پیش بینی رشد آسیب در ورق های نازک فلزی به صورت یک زیربرنامه پیاده سازی شده است. با استفاده از زیربرنامه فوق در نرم افزار اجزاء محدود abaqus/explicit ، نتایج پیش بینی شروع و رشد آسیب مدل های آسیب نرم لمتر و fld در فرایندها ی فوق با مسیر کرنش غیر خطی تعیین شده و با یکدیگر مقایسه گردیدند. در مورد فرایند کشش عمیق ظرف مستطیلی، هر دو مدل شروع و رشد ترک را در گوشه ها و لبه های ظرف پیش بینی نمودند. با مقایسه این نتایج با نتایج حاصل از نمونه عملی می توان دید که مدل آسیب fld به خوبی حد شکل دهی را تخمین نمی زند. اما مدل آسیب لمتر به خوبی حد شکل دهی را در این فرایند پیش بینی می کند. در فرایند شکل دهی بدنه خودرو هر دو مدل شروع ترک را در لبه های ورق پیش بینی نمودند. با این تفاوت که مدل آسیب fld در عمق کمتری از ورق شکل داده شده، وقوع شکست را پیش بینی کرد. در فرایندهای شکل دهی ورق که در آنها مسیرهای پیچیده کرنش وجود دارد، ورق تحت تغییر شکلدهای بزرگ قرار می گیرد. این عامل باعث می شود که مناطقی با کرنش های پلاستیک زیاد بوجود آید و به دنبال تجمع آنها، ریز عیوب سطحی و داخلی (آسیب نرم) تشکیل شود. این آسیب باعث بروز مشکلات کیفی مانند شکست می گردد. در نتیجه نیاز اساسی برای تخمین مناسبی از شروع آسیب و رشد آن احساس می شود. مقایسه نتایج شکست در این پایان نامه با نتایج مقالات علمی و آزمایش های عملی نشان داد که مدل آسیب لمتر می تواند با دقت بهتری نسبت به مدل fld شروع آسیب، رشد آن و وقوع شکست را در فرایند های شکل دهی ورق که در آنها مسیر های پیچیده کرنش وجود دارد، پیش بینی کند.

در این پژوهش روشی برای حل مسأله شکل بهینه در فرآیند آهنگری، توسط ترکیب روش اجزاء محدود در نرم افزار آباکوس و بهینه سازی به کمک الگوریتم ژنتیک در نرم افزار متلب ارایه شده است. در اولین مرحله فایل پایتون مربوط به شبیه سازی فرآیند آهنگری داغ در نرم افزار آباکوس نوشته شده که این نرم افزار تجاری را به کدهای بهینه سازی مذکور متصل می کند. رفتار ماده در این شبیه سازی الاستیک- ویسکوپلاستیک درنظر گرفته شده است. سپس توابع هدف، قیود و متغیرهای طراحی در این بهینه سازی معرفی می شوند و پارامترهایی نظیر شکل ماده ی اولیه و قالب های پیش فرم، دمای ماده اولیه و قالب ها، سرعت پرس، انرژی شکل دهی و نوع روانکاری به عنوان پارامترهای طراحی معرفی می شوند. ارتباط روش اجزای محدود و برنامه های بهینه سازی توسط توابع میانیاب اسپیلاین صورت می پذیرد. با مشخص شدن توابع هدف، قیود، متغیرهای طراحی و در دست داشتن فایل شبیه سازی فرآیند آهنگری در نرم افزار abaqus، نیاز به روشی جهت بهینه سازی مسأله می باشد. که برای این منظور از الگوریتم ژنتیک در نرم افزار متلب استفاده شده است. به کمک ترکیب کدهای بهینه سازی با نرم افزار آباکوس ، سه مثال حل شده است. تابع هدف در این سه مثال هندسه قالب پیش فرم می باشد. در مثال اول پدیده چروکیدگی در سطح داخلی، در آهنگری سرد یک استوانه توخالی از جنس آلومینیم رفع شده است. در مثال دوم پلیسه تولیدی در آهنگری داغ یک قطعه متقارن محوری رفع می شود. در مثال سوم آهنگری داغ دنده متحرک 3 و 4 جعبه دنده ی خودروی پژو 405 انجام شده و میزان پلیسه تولیدی از 13 درصد به 5/2 درصد کاهش یافته و برای تایید صحت نتایج، قطعه توسط قالب های جدید در شرکت آهنگری خودرو، آهنگری شده است.

در سال های اخیر صنعت خودروسازی توجه بسیار زیادی به کاهش وزن و مصرف سوخت خودروها نموده است. بنابراین ورق های جوش خورده به هم معمولا در تولید قاب های خودرو مورد استفاده قرار می گیرند. ورق های جوش خورده به هم، ورق هایی هستند که از یک جنس با دو ضخامت متفاوت یا از دو جنس مختلف تشکیل شده ، و برای تولید یک قطعه قبل از فرآیند شکل دهی با خط جوش به یکدیگر متصل می گردند. روش های جوش کاری مختلفی نظیر جوش کاری لیزر، جوش کاری خمیری، جوش کاری پرتو الکترونی و جوش کاری القایی می تواند در قطعه را به یک دیگر متصل کند. با این حال ورق های جوش خورده به هم از شکل پذیری کمتری نسبت به ورق های پایه برخوردار هستند، که ناشی از زبری سطح، سخت تر شدن ناحیه جوش و تخلخل داخلی است. استفاده از ورق های جوش خورده به هم مزایای قابل توجهی نظیر کاهش وزن نهایی، کاهش هزینه های تولید، افزایش سازکاری های زیست محیطی و بهبود استحکام ابعادی را دارد. با توجه به کاربرد فراوان این ورق ها، پیش بینی حد شکل پذیری آن ها بسیار مهم می باشد. در این تحقیق ابتدا، آزمایش کشش بر روی نمونه استا ندارد فولادی به ضخامت های 0/8، 1/2 میلیمتر و نمونه جوش خورده به هم انجام شده و نمودار نیرو- جابجایی برای نمونه استاندارد تعیین می گردد. سپس با انجام آزمایش اریکسن، نمودار حد شکل دهی ورق جوش خورده به هم حاصل می شود. با استفاده از نمودار فوق و معیار آسیب نرم، فرآیندهای کشش استاندارد، آزمایش اریکسن و کشش عمیق در کد آباکوس صریح شبیه سازی گردیده و رشد آسیب، شروع ترک و شکست در هر یک از فرآیندها پیش بینی می شود. در پایان، نتایج عددی شبیه سازی ها با نتایج تجربی مقایسه گردیده و اعتبارسنجی می شوند. مقایسه نتایج آشکار نمود که معیارهای بالا از دقت مناسبی برخوردار می باشند. بنابراین نتیجه گیری می شود که معیارهای آسیب hdd و fld توانایی پیش بینی رشد آسیب، وقوع ترک و شکست در ورق های twb را دارند. لازم به ذکر است که در کلیه شبیه سازی ها از قسمت بندی به جای خط جوش استفاده شده و فرض می گردد که پارگی در محل خط جوش رخ ندهد. نتایج تجربی نیز فرض فوق را تایید می کند