Loading...
Experimental Study of High Strain Rate Effects on Steel Sheet Forming
Sadeghi Chahardeh, Alireza | 2015
1417
Viewed
- Type of Document: M.Sc. Thesis
- Language: Farsi
- Document No: 47117 (08)
- University: Sharif University of Technology
- Department: Mechanical Engineering
- Advisor(s): Naghdabadi, Reza
- Abstract:
- Strain rate dependence of plastic yield and failure properties displayed by most metals affects energies, forces and forming limits involved in high speed forming processes. This paper investigates the influence of the strain rate on the forming properties of some industrial sheet metals used in Automotive and Aerospace industries. First, Split Hopkinson Tensile Bar (SHTB) experiments are carried out to determine the influence of the strain rate on the materials’ stress-strain curves. Then, the SHTB results are used to model the constitutive behaviour of the metal sheets using the phenomenological Johnson-Cook (JC) and Voce models. Finally, forming limit diagrams (FLDs) are calculated using the Marciniak-Kuczynski method. The results clearly show that the effect of the strain rate of forces and energies involved in a forming process, and the forming limits are non-negligible and strongly material dependent
- Keywords:
- High Strain Rate ; Johnson-Cook Model ; Forming Limit Diagram (FLD) ; Marciniak-Kuczynski Model ; Split Hopkinson Tensile Bar (SHTB)Test ; Copper 10200 ; Sheet Steel 1010
-
محتواي کتاب
- view
- فصل 1: مقدمه
- فصل 2: دستگاه آزمایش میلهای هاپکینسون
- 2-1- پيشگفتار
- 2-2- انتشار موج در جامدات
- 2-2-1- انتشار دینامیکی تغییرشکل
- 2-2-2- موج الاستیک در یک میلهی استوانهای شکل
- 2-2-3- انواع امواج الاستیک
- 2-2-4- چگونگی انتشار موج الاستیک طولی در یک میلهی بلند با سطح مقطع غیر همسان
- (2-6)
- شکل (2-6) تأثیر مرز ناحیه بر انتشار موج الاستیک طولی در محیط A و B، و سرعت موج طولی و برشی در محیط A هستند، و سرعت موج طولی و برشی در محیط B هستند [5].
- شکل (2-7) انتشار موج طولی با برخورد عمودی بین محیطهای A و B [6]
- شکل (2-8) تغییر ناگهانی سطح مقطع در میله [6]
- شکل (2-9) نمای شماتیکی برخورد دو میله و چگونگی انتشار موج الاستیک در میلهها [6]
- شکل (2-10) شکل پالس تنش در میله در دو حالت (a) ایدهآل یا تئوری، (b) حالت واقعی [6]
- شکل (2-11) اثر اینرسی شعاعی ذرات میله بر روی شکل موج الاستیک [8]
- 2-3- اصول حاکم بر آزمایش میلهای هاپکینسون
- 2-4- مروری بر منابع مطالعاتی دستگاه آزمایش میلهی کششی هاپکینسون
- 2-4-1- ایدهی اولیه
- 2-4-2- دستگاه آزمایش میلهی کششی هاپکینسون
- شکل (2-16) نمای شماتیکی مکانیزم پیشنهاد شده توسط هاردینگ[15]
- شکل (2-17) نمای شماتیکی مکانیزم پیشنهاد شده توسط بهبودیافتهی ولش و هاردینگ[16]
- شکل (2-18) نمای شماتیکی مکانیزم پیشنهاد شده توسط هوسر [17]
- شکل (2-19) نمای شماتیکی از مکانیزم پیشنهاد شده توسط لیندهولم و ییکلی[18]
- شکل (2-20) نمای شماتیکی مکانیزم پیشنهاد شده توسط نیکولاس[20]
- شکل (2-21) نمای شماتیکی از ایدهی استاب و گیلاب برای تولید موج کششی [21]
- شکل (2-22) نمای شماتیکی مکانیزم چرخگردان و ضربهزن [22]
- شکل (2-23) نمای شماتیکی از مکانیزم گلولهی توخالی [25]
- شکل (2-24) نمای شماتیکی از مکانیزم گلولهی توخالی با تلهی تکانه [24]
- شکل (2-25) مکانیزم گلولهی توخالی با میلهی ورودی دوتکه [25]
- 2-4-3- نگهدارندهها و قطعهی آزمایش
- شکل (2-26) یک نمونه نگهدارنده برای اتصال ورقهای فلزی به میلههای دستگاه هاپکینسون[9]
- شکل (2-27) نگهدارندههای رزوه داخلی (سمت راست) و خارجی (سمت چپ) برای آزمایش نمونهی ورق
- شکل (2-28) نمونههای ورقهای فلزی برای آزمایش میلهی کششی هاپکینسون [9]
- شکل (2-29) نوعی از نگهدارندههای ورق در مکانیزم اعمال کشش غیرمستقیم [27]
- 2-4-4- شکلدهندهی موج
- فصل 3: شکلدهی ورقهای فلزی
- 3-1- پيشگفتار
- 3-2- نمودارهای حد شکلدهی
- 3-2-1- کلیات
- 3-2-2- مروری بر ادبیات نمودارهای حد شکلدهی
- 3-2-3- روش تجربی رسم نمودارهای حد شکلدهی
- شکل (3-2) قالب مورد استفاده برای ترسیم نمودارFLD به روش هکر [45]
- شکل (3-3) نمونههای آزمایش ترسیم نمودار FLD مطابق با استاندارد ASTM [51]
- شکل (3-4) الگوی بهکار گرفته شده برای ایجاد گرید بر روی سطح ورق به روش اچ الکتریکی [52]
- شکل (3-5) پرس هیدرولیکی بههمراه سنبهی نیم کروی و ورقگیر [51]
- شکل (3-6) نمونههای ورق پس از گلویی شدن [51]
- شکل (3-7) شکل دایرهای اولیه و بیضی حاصل از اعمال تغییر شکل. مطابق شکل قطر بزرگ بیضی با a و قطر کوچک بیضی با b مشخص شده است [48].
- 3-2-4- استفاده از روشهای عددی برای رسم نمودارهای حد شکلدهی
- 3-3- مروری بر روابط پایه
- 3-4- بهدست آوردن منحنی حد شکلدهی به روش تحلیل M-K
- فصل 4: طراحی و ساخت دستگاه آزمایش کشش هاپکینسون
- 4-1- پیشگفتار
- 4-2- طراحی دستگاه آزمایش میلهای کشش غیرمستقیم هاپکینسون
- 4-3- آمادهسازی دستگاه قبل از آزمایش
- 4-4- چگونگی انجام آزمایش
- فصل 5: نتایج آزمایش و تحلیل دادهها
- 5-1- پیشگفتار
- 5-2- نتایج آزمایشهای کشش دینامیکی بر روی نمونهی حجمی
- جدول (5-1) ابعاد نمونههای مسی در آزمایش کشش غیرمستقیم هاپکینسون
- شکل (5-1) نحوه اتصال نمونهی مسی قبل شلیک میلهی ضربهزن
- شکل (5-2) نمونهی مسی شکسته شده بعد از شلیک میلهی ضربهزن
- شکل (5-3) مقایسهی تغییرشکل نمونههای مسی با طول اندازهگیری متفاوت تحت کشش دینامیکی
- شکل (5-4) مقایسهی شکست نمونهی مسی در حالت (الف) شبهاستاتیکی، (ب) دینامیکی
- شکل (5-5) نمونهی مسی در زمان شکست در (الف) آزمایش کشش شبهاستاتیکی، (ب) آزمایش هاپکینسون کشش
- شکل (5-6) تنش-کرنش نمونهی مسی یا طول اندازهگیری 8 میلیمتر
- شکل (5-7) مقایسهی اثر نرخ کرنشهای مختلف بر نمودار تنش-کرنش مس
- شکل (5-8) تغییرات نرخ کرنش در نمونهی مسی با طول اندازهگیری 4 میلیمتر بر حسب زمان
- شکل (5-9) تغییرات نرخ کرنش در نمونهی مسی با طول اندازهگیری 8 میلیمتر بر حسب زمان
- شکل (5-10) نمودار پالس در میلهها با نمونهی مسی با شکلدهندهی موج
- شکل (5-11) نمودار پالس در میلهها با نمونهی مسی بدون شکلدهندهی موج
- 5-3- محاسبهی ضرایب معادلهی جانسون-کوک برای مس در حالت کشش دینامیکی
- 5-4- نتایج آزمایشهای کشش دینامیکی بر روی نمونهی ورق
- شکل (5-12) نمونهی ورق در سه وضعیت قبل از تغییرشکل، تغییرشکل بدون گلویی و نمونهی شکستهشده
- شکل (5-13) نمونهی ورق پس از آزمایش در دو حالت (RD) در جهت نورد و (TD) عمود بر جهت نورد
- 5-4-1- بررسی اثر نگهدارندهی نمونهی ورق بر شکل پالس موج ورودی
- شکل (5-14) سیگنال موج الاستیک در میلهها باوجود نگهدارندهی خارجی و بدون نمونه
- شکل (5-15) سیگنال موج الاستیک شبیهسازیشده در میلهها با نرمافزار LS-DYNA باوجود نگهدارندهی خارجی و بدون نمونه
- شکل (5-16) سیگنال موج الاستیک در میلهها باوجود نگهدارندهی داخلی و بدون نمونه
- شکل (5-17) موج الاستیک شبیهسازیشده در میلهها با نرمافزار LS-DYNA باوجود نگهدارندهی داخلی و بدون نمونه
- 5-4-2- نمودار تنش-کرنش نمونهی ورق در حالت کشش دینامیکی
- 5-5- محاسبهی ضرایب مدل جانسون-کوک برای نمونهی ورق در حالت کشش دینامیکی
- 5-6- رسم نمودار حد شکلدهی ورق فولاد 1010 به روش M-K
- فصل 6: نتیجهگیری و پیشنهادات
- پيوست
- بررسی تجربی اثر نرخ کرنش بالا بر شکلدهی ورق فولادی 1010
- شکل (4): سیگنال موج الاستیک در میلهها باوجود نگهدارندهی خارجی، الف)آزمایش تجربی، ب)شبیهسازی با LS-DYNA
- شکل (5): سیگنال موج الاستیک در میلهها باوجود نگهدارندهی داخلی، الف)آزمایش تجربی، ب)شبیهسازی با LS-DYNA
- با توجه به شکلهای 4 و 5 مشاهده میشود در صورت استفاده از نگهدارنده داخلی دامنه موج اغتشاش بسیار کمتر میباشد. به همین دلیل در این مقاله برای استخراج نمودار تنش-کرنش ورق فولادی 1010، از پردازش شکل موج خروجی با نگهدارنده داخلی استفاده میگردد.
- 3-2. نمودار تنش-کرنش دینامیکی ورق فولادی 1010
- شکل 6، نمودار تنش-کرنش نمونه ورق فولادی 1010 در دو حالت در جهت نورد (RD) و عمود بر جهت نورد (TD) میباشد. نرخ کرنش متوسط در این آزمایش حدود 1860 برثانیه میباشد.
- شکل(6): نمودار تنش-کرنش ورق فولادی 1010
- شکل (7): نمودار تنش-کرنش ورق فولادی 1010در حالت کشش کشش استاتیکی [8]
- در شکل 7 نمودار تنش-کرنش ورق در حالت آزمایش کشش استاتیکی آورده شده است. همانطور که انتظار میرفت، نرخ کرنش تأثیر قابلملاحظهای بر روی تنش سیلان، کرنش یکنواخت و دیگر خواص مکانیکی ورق دارد.
- 3-3. استخراج ضرایب مدل جانسون-کوک
- برای استخراج ضرایب مدل جانسون-کوک ورق فولادی 1010 در این مقاله از نرمافزار برازش منحنی SPSS استفاده شده است. از آنجا که تعادل دینامیکی کمی پس از تغییرشکل پلاستیک در نمونه برقرار میگردد، نقطه شروع بهینهسازی باید کمی بزرگتر از کرنش پلاستیک صفر باشد....
- جدول 1: ضرایب مدل جانسون-کوک برای ورق فولادی 1010
- با توجه به اینکه در این مقاله آزمایش هاپکینسون کششی در دمای ثابت انجام میگیرد، مقدار ضریب تاثیر دما (m) یک در نظر گرفته شده است.
- با توجه به اینکه در این مقاله آزمایش هاپکینسون کششی در دمای ثابت انجام میگیرد، مقدار ضریب تاثیر دما (m) یک در نظر گرفته شده است.
- با توجه به اینکه در این مقاله آزمایش هاپکینسون کششی در دمای ثابت انجام میگیرد، مقدار ضریب تاثیر دما (m) یک در نظر گرفته شده است.
- در آزمایش میلهای هاپکینسون برای رسیدن به نرخ کرنش ثابت، در آزمایش موادی که دارای رفتار پلاستیک کامل نیستند، از شکلدهندهی موج استفاده میشود. در این مقاله از دیسکهای مسی به ضخامت 5/0 میلیمتر و قطر 10 میلیمتر استفاده شده است. با بکارگیری شکلدهنده...
- در آزمایش میلهای هاپکینسون برای رسیدن به نرخ کرنش ثابت، در آزمایش موادی که دارای رفتار پلاستیک کامل نیستند، از شکلدهندهی موج استفاده میشود. در این مقاله از دیسکهای مسی به ضخامت 5/0 میلیمتر و قطر 10 میلیمتر استفاده شده است. با بکارگیری شکلدهنده...
- در آزمایش میلهای هاپکینسون برای رسیدن به نرخ کرنش ثابت، در آزمایش موادی که دارای رفتار پلاستیک کامل نیستند، از شکلدهندهی موج استفاده میشود. در این مقاله از دیسکهای مسی به ضخامت 5/0 میلیمتر و قطر 10 میلیمتر استفاده شده است. با بکارگیری شکلدهنده...
- (الف)
- با پردازش شکلموجهای ورودی و بازگشتی از نمونه که در میله خروجی ثبت شده است در نرمافزار نوشته شده، نمودار تنش-کرنش بدست میآید [23]. شکل 6 منحنی تنش-کرنش نمونه مس C10200 در دو نرخ کرنش متفاوت نشان داده شده است.
- شکل (6): مقایسهی اثر نرخ کرنشهای مختلف بر نمودار تنش-کرنش مس
- همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است با افزایش نرخ کرنش (کاهش طول اندازهگیری نمونه)، تنش سیلان، کرنش منجر به شکست نمونه و تغییرشکل یکنواخت نمونه افزایش چشمگیری مییابد. همچنین رفتار مس در هر دو آزمایش در ناحیه الاستیک تقریباً یکسان است. افزایش در ...
- شکل (10): مقایسهی شکست نمونهی مسی در دو حالت (الف) شبهاستاتیکی، (ب) دینامیکی
- در شکل 10 نمونهی مسی با طول اندازهگیری 12 میلیمتر در دو حالت شبهاستاتیکی و دینامیکی با هم مقایسه شده است. نمونه در حالت کشش استاتیکی، قبل از شکستن گلویی میشود. اما در حالت دینامیکی اگر طول نمونه به اندازهی کافی بلند باشد، قبل از شکست پدیدهی گل...
- 7- بحث در نتایج