مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تعیین تجربی و به‌کارگیری عددی پارامترهای آسیب نرم آلومینیوم2024-O

نویسندگان
اسماعیل سلیم پور ممان 1
مجید میرزایی 2
1 دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی مکانیک
2 دانشیار، دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
تعیین پارامترهای آسیب مواد مختلف می‌تواند در تحلیل و ارزیابی گسیختگی ورق‌های نازک فلزی در حین شکل‌دهی بسیار مفید باشد. کمیت آسیب به‌طور عمده به کرنش‌های ایجاد شده در قطعه، وضعیت تنش، مسیر کرنش و نرخ کرنش وابسته است. وضعیت تنش در محل آسیب یک پارامتر مهم و مؤثر است که با استفاده از پارامترهایی نظیر نسبت تنش سه‎محوره، پارامتر اثر نامتغیر سوم تانسور تنش و تنش معادل توصیف می‌گردد. در این مقاله به بررسی رفتار مکانیکی و خواص آسیب نرم آلومینیوم 2024-O پرداخته‎شده است. هدف تعیین رفتار مکانیکی و ارائه رابطه‌ای برای ارتباط کرنش شکست و وضعیت تنش در محل وقوع آسیب است. برای این منظور آزمون‌های تجربی بر روی نمونه‌های صاف و نمونه‌های تخت شیاردار انجام گرفته است. با استفاده از نمونه‎هایی با شیارهای متفاوت نسبت تنش سه محوره‎های مختلفی در محل شیار در نمونه‌ها ایجاد شده و با تعیین کرنش‎های شکست هریک از نمونه‎ها، ثوابت مربوط به آسیب نرم ماده تعیین گردیده است. با استفاده از نتایج آزمون‌های انجام شده، ارتباط کرنش شکست و نسبت تنش سه محوره در رژیم کرنش صفحه‌ای برای آلومینیوم 2024-O ارائه شده است. به منظور ارزیابی روند شبیه‌سازی عددی و کاربرد روابط ارائه شده در شبیه‌سازی‌های عددی پیچیده‌تر، مسئله با استفاده از معیار آسیب نرم در نرم‌افزار آباکوس شبیه‎‎سازی گردیده و نتایج با نتایج آزمون‌های تجربی مقایسه شده است. نتایج شبیه‌سازی‌های عددی و تجربی از همخوانی بسیار خوبی برخوردار است.
کلیدواژه‌ها
آسیب نرم
شبیه سازی اجزای محدود
تنش سه محوره
کرنش شکست

عنوان مقاله English

Experimental determination and numerical implementation of ductile damage parameters of Al 2024-O

نویسنده English

Esmaeil Salimpour 1
1 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
چکیده English

Determination of the damage parameters for different materials can be beneficial to the analysis and assessment of rupture during forming of thin metallic plates. The amount of damage depends on the strain amplitude, the state of stress, and also the path and rate of the strain. The state of stress at the damage location is an important and effective parameter which is described by stress triaxilality, load angle and equivalent stress. In this paper, the mechanical behavior and ductile damage properties of Al 2024-O have been investigated. The aim was the determination of the mechanical behavior and development of an expression for correlation between the failure strain and the state of stress at the damage location. Hence, the experimental tests were carried out on both smooth and notched flat specimens. Various levels of stress triaxiality in notched specimens were created by variation of the notch radius. Based on the test results, a new expression has been developed for correlation between the failure strain and the triaxiality ratio for Al 2024-O in the plane strain regime. In order to evaluate the simulation procedure and applicability of the proposed expressions in more complex problems, the process was simulated using ductile damage criterion in the ABAQUS software, and the experimental and numerical results were compared. Very good agreements were observed between the simulation and experimental results.

کلیدواژه‌ها English

Ductile damage
Finite element simulation
stress triaxiality
Fracture strain
[1] K. Saanouni, on the numerical prediction of the ductile fracture in metal forming, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 75, No. 11, pp. 3545-3559, 2008.
[2] F. Djavanroodi, A. Derogar, Experimental and numerical evaluation of forming limit diagram for Ti6Al4V titanium and Al6061-T6 aluminum alloys sheets, Materials & Design, Vol. 31, No. 10, pp. 4866-4875, 2010.
[3] F. Haji Aboutalebi, M. Farzin, M. Poursina, Numerical simulation and experimental validation of a ductile damage model for DIN 1623 St14 steel, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 53, No. 1-4, pp. 157-165, 2011.
[4] P. W. Bridgman, Studies in Large Plastic Flow and Fracture, pp. 21-37, New York, McGraw-Hill Inc, 1952.
[5] J. W. Hancock, A. C. Mackenzie, On the mechanisms of ductile failure in high strength steels subjected to multi-axial stress-states, Journal of the Mechanics and Physics of Solids,Vol. 24, No. 2-3, pp. 147–169, 1976.
[6] J. W. Hancock, D. K. Brown, On the role of strain and stress state in ductile failure, Journal of the Mechanics and Physics of Solids,Vol. 31, No. 1, pp. 1–24, 1983.
[7] F. A. McClintock, A criterion of ductile fracture by the growth of holes, ASME Journal of Applied Mechanics, Vol. 35, No. 2, pp. 363–371, 1968.
[8] J. R. Rice, D. M. Tracey, On the ductile enlargement of voids in triaxial stress fields, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Vol. 17, No. 3, pp. 201–217, 1969.
[9] G. R. Johnson, W. H. Cook, Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 21, No. 1, pp. 31-48,1985.
[10] J. W. Hancock, A. C. Mackenzie, On the mechanisms of ductile failure in high-strength steels subjected to multi-axial stress-states. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Vol. 24, pp.147–69, 1976.
[11] Y. Bao, Prediction of Ductile Crack Formation in Uncracked Bodies, Ph.D. Thesis, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, 2003.
[12] Y. Bao, T. Wierzbicki, On fracture locus in the equivalent strain and stress triaxiality space, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 46, No. 1, pp. 81-98, 2004.
[13] M. L.Wilkins, R. D. Streit, J. E. Reaugh, Cumulative-Strain-damage model of ductile fracture: simulation and prediction of engineering fracture tests, Lawrence Livermore Laboratory, Technical Report No.UCRL-53058,1980.
[14] T. Wierzbicki, L. Xue, On the effect of the third invariant of the stress deviator on ductile fracture, Impact and Crashworthiness Laboratory, Technical Report No. 136, 2005.
[15] T. Wierzbicki, Y. Bao, Y. Lee, Y. Bai, Calibration and evaluation of seven fracture models, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 47, No. 4, pp. 719-743, 2005.
[16] L. Xue, Damage accumulation and fracture initiation in uncracked ductile solids subject to triaxial loading, International Journal of Solids and Structures, Vol. 44, No. 16, pp. 5163–5181, 2007.
[17] Y. Bai, T. Wierzbicki, A new model of metal plasticity and fracture with pressure and lode dependence, International Journal of Plasticity, Vol. 24, No. 6, pp. 1071-1096, 2008.
[18] Y. Bai, X. Teng, T. Wierzbicki, On the application of stress triaxiality formula for plane strain fracture testing, Journal of Engineering Materials and Technology, Vol. 131, No. 2, pp. 021002-1-10,2009.
[19] F. Haji Aboutalebi, A. Banihashemi, Numerical estimation and practical validation of hooputra's ductile damage parameters, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 75, No. 9-12, pp. 1701-1710, 2014.
[20] A. Pradeau, S. Thuillier, J. W. Yoon, Prediction of failure in bending of an aluminium sheet alloy, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 119, No. 1, pp. 23-35, 2016.
[21] H. Hooputra, H. Gese, H. Dell, H. Werner, A comprehensive failure model for crashworthiness simulation of aluminum extrusions, International Journal of Crashworthiness, Vol. 9, No. 5, pp. 449-464, 2004.
[22] Y. Bai, X. Teng, T. Wierzbicki, On the application of stress triaxiality formula for plane strain fracture testing, Journal of Engineering Materials and Technology, Vol. 131, No. 2, pp. 557-566, 2009.
[23] Y. W. Lee, Fracture Prediction in Metal Sheets, Ph.D Thesis, Massachusetts Institute of Technology, pp. 98-102, 2005.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 2
اردیبهشت 1397
صفحه 45-52