مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه‌سازی دیسک انفجاری کامپوزیت با در نظر گرفتن مسیر کرنش غیرخطی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 دانشگاه شهید رجایی
2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران
3 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران
چکیده
راپچردیسک یا دیسک انفجاری کامپوزیت در زمان ساخت کارسخت می­شود و در زمان استفاده در فشاری متناسب با کارسختی ایجاد شده می­ترکد و فشار را آزاد می­کند. کارسختی و تغییر مسیر کرنش باعث می‌شود تا کرنش شکست تغییر کند؛ بنابراین در نظر گرفتن کارسختی ایجاد شده و چگونگی توزیع آن در زمان تولید برای پیش‌بینی رفتار و شبیه‌سازی محصولات ضروری است. در این حالت ورق در زمان شکل­دهی و بعد از ایجاد شیار در زمان رسیدن به فشار پارگی مسیر کرنش غیرخطی را طی می­کند. در این مقاله با استفاده از نرم‌افزار اجزا محدود آباکوس و با در نظر گرفتن میزان کرنش سختی ایجاد شده در زمان شکل­دهی ورق قبل از ایجاد شیار، فشار پارگی راپچردیسک کامپوزیتی پیش­بینی می­شود. معیار فشار پارگی، ماکزیمم کرنش پلاستیک قابل‌تحمل تغییر کرده در اثر کارسختی یا مسیر کرنش غیرخطی در نظر گرفته شده است. پیش‌بینی‌های فشار پارگی با آزمایش‌های تجربی مقایسه و اعتبارسنجی شد. در این مقاله اثر الگوی شیارها با استفاده از شبیه‌سازی و آزمایش‌های تجربی بررسی شدند. در آزمایش‌های این مقاله فشار پارگی با ایجاد شیار بعد از شکل­دهی بیشتر از 80% کاهش می­یابد و شبیه‌سازی با این روش با خطای حدود 3% این کاهش فشار را پیش‌بینی می­کند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Numerical simulation of a composite Rupture disc by considering the nonlinear strain path

نویسندگان English

Morteza Mohebbi 1
Valiollah Panahizadeh 2
Mohammad Hoseinpour 3
1 Shahid Rajaee Teacher Training University, Lavizan, Tehran, Iran
2 Shahid Rajaee Teacher Training University, Lavizan, Tehran, Iran
3 Shahid Rajaee Teacher Training University, Lavizan, Tehran, Iran
چکیده English

Cold work hardening and nonlinear strain path, cause the failure strain change. Therefore, it is necessary to consider the created cold-work hardening and its distribution for predicting and simulating the behavior of products. The composite rupture disc cold-work hardened during manufacturing and burst and release pressure in a pressure commensurate with this hardening. In this case, the sheet metal undergoes a nonlinear strain path during forming and after slotting during the burst test. In this paper, the burst pressure of a composite Rupture disc estimated by using finite element simulation in Abaqus-implicit and explicit and by considering the strain hardening during bulge forming before the slotting process. The burst pressure is estimated according to the maximum plastic failure strain that changed due to nonlinear strain path and work hardening. The burst pressure predictions were compared and validated by experimental tests. In this paper, the effect slotting pattern, investigated by using FEM simulations and experiments. In the prepared samples for this paper, by slotting after bulge forming, the burst pressure reduces more than 80%. The simulation with this method predicts this pressure reduction with an error of about 3%.

کلیدواژه‌ها English

Nonlinear strain path
Composite Rupture disc
Finite Element Method (FEM)
Predicting burst pressure
1- Volk W, Hoffmann H, Suh J et al. Failure prediction for nonlinear strain paths in sheet metal forming. CIRP Annals 2012;61(1):259–62.
2- Paul SK. Path independent limiting criteria in sheet metal forming. Journal of Manufacturing Processes 2015;20:291–303.
3- Jocham D, Gaber C, Böttcher O et al. Experimental prediction of sheet metal formability of AW-5754 for non-linear strain paths by using a cruciform specimen and a blank holder with adjustable draw beads on a sheet metal testing machine. Int J Mater Form 2017;10(4):597–605.
4- Li H, Li G, Gao G et al. A formability evaluation method for sheet metal forming with non-linear strain path change. Int J Mater Form 2018;11(2):199–211.
5- He Z, Zhu H, Lin Y et al. A novel test method for continuous nonlinear biaxial tensile deformation of sheet metals by bulging with stepped-dies. International Journal of Mechanical Sciences 2020;169:105321.
6- Bonatti C, Mohr D. Neural network model predicting forming limits for Bi-linear strain paths. International Journal of Plasticity 2020:102886.
7- Mu X. A New Approach to Monitoring Rupture Disc Operation. In: Volume 4: Dynamics, Control and Uncertainty, Parts A and B, Houston, Texas, USA, Friday 2012, p.473.
8- Malek MA. Pressure relief devices: ASME and API code simplified / Mohammed A. Malek. New York, London: McGraw-Hill, 2006.
9- Lake GF, Inglis NP. The Design and Manufacture of Bursting Disks. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers 1939;142(1):365–78.
10- Murty DVR, Rao YB. Computer Simulation of Rupture Disc Design. In: Volume 3: Design and Analysis, Vancouver, BC, Canada, 2006, p.233–40.
11- Zhu H, Xu W, Luo Z et al. Finite Element Analysis on the Temperature- Dependent Burst Behavior of Domed 316L Austenitic Stainless Steel Rupture Disc. Metals 2020;10(2):232.
12- Jeong JY, Lee J, Yeom S et al. A study on the grooving process of a cross-scored rupture disc. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing 2012;13(2):219–27.
13- Jeong JY, Jo W, Kim H et al. Structural analysis on the superficial grooving stainless-steel thin-plate rupture discs. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing 2014;15(6):1035–40.
14- Kong X, Zhang J, Li X et al. Experimental and finite element optimization analysis on hydroforming process of rupture disc. Procedia Manufacturing 2018;15:892–8.
15- Li X, Li J, Ding W et al. Stress Relaxation in Tensile Deformation of 304 Stainless Steel. Journal of Materials Engineering and Performance 2017;26(2):630–5.
16- Broomhead P, Grieve RJ. The Effect of Strain Rate on the Strain to Fracture of a Sheet Steel Under Biaxial Tensile Stress Conditions. J. Eng. Mater. Technol 1982;104(2):102–6.
17- Colby RB. Equivalent plastic strain for the Hill's yield criterion under general three-dimensional loading. Massachusetts Institute of Technology.
18- Marandi FA, Jabbari AH, Sedighi M et al. An Experimental, Analytical, and Numerical Investigation of Hydraulic Bulge Test in Two-Layer Al–Cu Sheets. J. Manuf. Sci. Eng 2017;139(3):31005.
19- Koç M, Billur E, Cora ÖN. An experimental study on the comparative assessment of hydraulic bulge test analysis methods. Materials & Design 2011;32(1):272–81.
20- Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures. Engineering Fracture Mechanics 1985;21(1):31–48.
21- 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.