مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

پیش‌بینی نمودارهای حد شکل دهی ورق‌های فولادی کم‌کربن به کمک معیارهای شکست نرم

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
حسین ماموسی 1
محمد بخشی جویباری 2
حمید گرجی 3
رامین هاشمی 4
1 دانشجوی دکتری ، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران
2 استاد ، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران
3 دانشیار ، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران
4 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
چکیده
نمودارهای حد شکل‌دهی (FLD) معیارهای بسیار سودمندی جهت اطمینان از شکل‌دهی بدون خرابی ناشی از گلویی شدن و یا شکست ورق های فلزی تحت بارگذاری های مختلف هستند. این مقاله معیارهای شکست را برای پیش بینی شکل پذیری ورق های فولادی کم‌کربن مورد استفاده قرار می‌دهد تا دقت آنها در پیش‌بینی نمودار های حد شکل‌دهی تشکیل (FLDs) ارزیابی شود. به‌علاوه، منحنی‌های حد شکل‌هی در شکست (FFLD) و گلویی شدن (NFLD) برای فولاد کم کربن St12 به روش تجربی و همچنین عددی استخراج شده‌اند. در رویه تجربی، آزمون کشش ناکازیما استفاده شده است. در رویه عددی، با به‌کار بردن شش معیار شکست نرم پدیدارشناختی در نرم افزار اجزای محدود ABAQUS/Explicit، شکست پیش‌بینی شده است و با نتایج تجربی مقایسه شده‌است. این معیارها به کمک شش آزمون تجربی، برش درون صفحه‌ای، کشش تک‌محوری، کشش نمونه با برش دایره وسط، کشش نمونه با برش نیم‌دایره جانبی، کشش نمونه کرنش صفحه‌ای و همچنین آزمون کشش دو‌محوری خالص ناکازیما استفاده شده است. نتایج نشان داده است که معیارهایی که شامل هر دو پارامتر تنش سه‌محوره (η) و پارامتر لود (L) هستند، پیش‌بینی درست‌تری از شکست را ارایه می‌دهند. همچنین برای پیش‌بینی گلویی شدن در حین شبیه‌سازی عددی آزمون ناکازیما و همچنین استخراج نمودارهای حد شکل‌دهی در گلویی شدن از سه معیار مشتق دوم کرنش بزرگ، مشتق دوم کرنش ضخامت و مشتق دوم کرنش پلاستیک معادل استفاده شده است.
کلیدواژه‌ها
شکل‌پذیری ورقهای فلزی
نمودارهای حد شکل‌دهی(FLD)
معیارهای شکست نرم
معیارهای گلویی شدن

موضوعات

عنوان مقاله English

Forming Limit Curves Prediction of Low-Carbon Steel Sheets Using Ductile Fracture Criteria

نویسندگان English

Hossein Mamusi 1
Mohammad Bakhshi Jooybari 2
Hamid Gorji 3
Ramin Hashemi 4
1 Ph.D. candidate, Faculty of Mechanical Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol
2 Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
3 Associate Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
4 Associate Professor, Faculty of mechanical engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Forming Limit Diagrams (FLDs) are very useful measures for safe forming of sheet metals without failure due to necking or fracture under different loading conditions. This paper uses ductile fracture criteria to predict the formability of low carbon steel sheets to evaluate their accuracy in predicting the FLDs. In addition, the fracture forming limit curves (FFLD) and necking forming limit curves (NFLD) for St12 low-carbon steel have been extracted experimentally and numerically. In the experimental procedure, the Nakazima stretching test was used. In the numerical procedure, by defining six phenomenological ductile fracture criteria in ABAQUS / Explicit finite element software, the failure is predicted and compared with the experimental results. These criteria were calibrated using 6 tests namely as In-plane shear, uniaxial tensile test, circle hole test, notched tension test, plane stress test, and Nakazima stretching test. The results showed that the criteria, which include both the stress triaxiality (η) and Lode parameter (L), provide a more accurate prediction of failure. Also to predict necking during numerical simulation of Nakazima test and also to extract the NFLD, three criteria of the second derivative of major strain, the second derivative of thickness strain and the second derivative of equivalent plastic strain have been used.

کلیدواژه‌ها English

Sheet metal formability
Forming Limit Diagrams (FLDs)
Ductile fracture criteria
Necking criteria
1. Lou Y, Chen L, Clausmeyer T, Tekkaya AE, Yoon JW. Modeling of ductile fracture from shear to balanced biaxial tension for sheet metals. International Journal of Solids and Structures. 2017;112:169-84.
2. Bao Y, Wierzbicki T. On fracture locus in the equivalent strain and stress triaxiality space. International Journal of Mechanical Sciences. 2004;46(1):81-98.
3. Habibi N, Zarei-Hanzaki A, Abedi H-R. An investigation into the fracture mechanisms of twinning-induced-plasticity steel sheets under various strain paths. Journal of Materials Processing Technology. 2015;224:102-16.
4. Mirnia MJ, Shamsari M. Numerical prediction of failure in single point incremental forming using a phenomenological ductile fracture criterion. Journal of Materials Processing Technology. 2017;244:17-43.
5. Bai Y, Wierzbicki T. A new model of metal plasticity and fracture with pressure and Lode dependence. International Journal of Plasticity. 2008;24(6):1071-96.
6. Lou Y, Huh H, Lim S, Pack K. New ductile fracture criterion for prediction of fracture forming limit diagrams of sheet metals. International Journal of Solids and Structures. 2012;49(25):3605-15.
7. Lou Y, Yoon JW, Huh H. Modeling of shear ductile fracture considering a changeable cut-off value for stress triaxiality. International Journal of Plasticity. 2014;54:56-80.
8. Lou Y, Huh H. Evaluation of ductile fracture criteria in a general three-dimensional stress state considering the stress triaxiality and the lode parameter. Acta Mechanica Solida Sinica. 2013;26(6):642-58.
9. Mamusi H, Masoumi A, Hashemi R, Mahdavinejad R. A Novel Approach to the Determination of Forming Limit Diagrams for Tailor-Welded Blanks. Journal of Materials Engineering and Performance. 2013;22(11):3210-21.
10. Danckert J, Nielsen KB. Determination of the plastic anisotropy r in sheet metal using automatic tensile test equipment. Journal of materials processing technology. 1998;73(1):276-80.
11. International Standard ISO 12004-2 ‘‘Metallic Materials—Guidelines For The
Determination Of Forming-Limit Diagrams’’.
12. Bai Y, Wierzbicki T. A comparative study of three groups of ductile fracture loci in the 3D space. Engineering Fracture Mechanics. 2015;135:147-67.
13. Clift SE, Hartley P, Sturgess C, Rowe GJIJoMS. Fracture prediction in plastic deformation processes. 1990;32(1):1-17.
14. Rice JR, Tracey DM. On the ductile enlargement of voids in triaxial stress fields∗. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1969;17(3):201-17.
15. Oyane M, Sato T, Okimoto K, Shima S. Criteria for ductile fracture and their applications. Journal of Mechanical Working Technology. 1980;4(1):65-81.
16. Park N, Huh H, Lim SJ, Lou Y, Kang YS, Seo MH. Facture-based forming limit criteria for anisotropic materials in sheet metal forming. International Journal of Plasticity. 2016.
17. Bai Y, Wierzbicki T. Forming severity concept for predicting sheet necking under complex loading histories. International Journal of Mechanical Sciences. 2008;50(6):1012-22.
18. Ko YK, Lee JS, Huh H, Kim H, Park S. Prediction of fracture in hub-hole expanding process using a new ductile fracture criterion. Journal of materials processing technology. 2007;187:358-62.
19. Lou Y, Yoon JW, Huh HJIJop. Modeling of shear ductile fracture considering a changeable cut-off value for stress triaxiality. 2014;54:56-80.
20. Oh S-T, Chang H-J, Oh KH, Han HN. Prediction of forming limit in hydro-mechanical deep drawing of steel sheets using ductile fracture criterion. Metals and Materials International. 2006;12(2):121-9.
21. Bai Y, Wierzbicki TJIjop. A new model of metal plasticity and fracture with pressure and Lode dependence. 2008;24(6):1071-96.
22. Lou Y, Huh HJIJoS, Structures. Extension of a shear-controlled ductile fracture model considering the stress triaxiality and the Lode parameter. 2013;50(2):447-55.
23. Ghosh AKJIJoMS. A method for determining the coefficient of friction in punch stretching of sheet metals. 1977;19(8):457-70.
24. Hill RJPotRSoLSAM, Sciences P. A theory of the yielding and plastic flow of anisotropic metals. 1948;193(1033):281-97.
25. Documentation AJMOpmC. ABAQUS Analysis User’s Manual. 2010;113.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 21، شماره 4
فروردین 1400
صفحه 247-261