مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل تئوری و تجربی رفتار شکل‌پذیری ورق آلیاژ آلومینیوم 5083 برای تعیین ضرایب معیارهای تسلیم ناهمسانگرد پیشرفته و پیش‌بینی نمودار حد شکل‌پذیری

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
ارمیا غلامزاده 1
ولی اله پناهی زاده 2
محمد حسین پور 3
مرتضی علیزاد کامران 4
1 کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران
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
4 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
چکیده
نمودار‌های حد شکل‌پذیری در پیش‌بینی رفتار ورق از اهمیت بالایی برخوردار است لذا، پیش‌بینی و ترسیم این نمودار‌ها به روش تئوری و تجربی یکی از اصلی‌ترین اهداف مقاله حاضر بوده است. در این مقاله رفتار شکل‌پذیری ورق آلومینیوم 5083، با درنظر گرفتن رفتار کرنش‌-سختی برای ورق مورد بررسی قرار گرفت. جهت به‌دست آوردن و کالیبره نمودن ضرایب معیار‌ تسلیم پیشرفته‌ی BBC2008، آزمون کشش در 7 راستا با زوایای 0، 15، 30، 45، 60، 75 و 90 درجه نسبت به جهت نورد انجام شد. تنش‌های تسلیم در حالت کرنش صفحه‌ای محاسبه و ضرایب ناهمسانگردی استخراج شده و تابع خطای مناسب تعریف گردید؛ سپس روابط مربوط به محاسبه تنش تسلیم کرنش صفحه‌ای به تابع خطا افزوده شد. تابع خطا با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه‌سازی شد و با استفاده از ضرایب معیار تسلیم به‌دست آمده، کرنش‌های حدی محاسبه گردید. نتایج نشان دادند که با افزایش 1/0 توان کرنش سختی، کرنش‌های حدی بین 30 تا 40 درصد افزایش می‌یابند. همچنین نتایج نشان دادند که ضریب ناهمگنی اولیه ( ) در تعیین نمودار حد شکل‌دهی تأثیر زیادی دارد و با تغییر بسیار جزی، تأثیر به سزایی در نمودار حد شکل‌دهی می‌گذارد؛ به‌گونه‌ای که با افزایش این ضریب در حدود 016/0 مقادیر کرنش‌های حدی تقریباً دو برابر می‌شوند. با استفاده از نتایج این مقاله، می‌توان با داشتن خواص ورق ازجمله استحکام‌های تسلیم و ضرایب ناهمسانگردی و انتخاب مناسب معیار تسلیم، منحنی حد شکل‌پذیری ورق‌های مختلف را به‌صورت تئوری با دقت قابل قبولی تعیین کرد.
کلیدواژه‌ها
نمودار حد شکل‌پذیری
آلومینیوم 5083
معیار تسلیم پیشرفته‌ی BBC2008
بهینه‌سازی
آزمون کشش کرنش صفحه‌ای

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental and theoretical study of formability behavior of Aluminum alloy 5083 sheet for determination of advanced anisotropic yield criteria coefficient and prediction of forming limit diagram

نویسندگان English

ermia Gholamzadeh 1
Valiollah Panahizadeh 2
Mohammad Hoseinpour 3
Morteza Alizad-Kaman 4
1 Shahid Rajaee Teacher Training University, Lavizan, Tehran
2 Shahid Rajaee Teacher Training University, Lavizan, Tehran, Iran
3 Shahid Rajaee Teacher Training University, Lavizan, Tehran, Iran
4 Amirkabir University, Tehran, Iran
چکیده English

Forming limit diagrams (FLDs) are very important in predicting the behavior of the sheet. Therefore, predicting and drawing these diagrams by theoretical and experimental methods has been one of the main objectives of this paper. In this paper, the formability behavior of 5083 aluminum sheet was investigated by considering the strain hardening behavior. Tensile tests has performed in seven directions 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° and 90° from the rolling direction due to identify and calibrate coefficients of BBC2008 advanced yield criteria. The yield stresses was defined in the plane strain mode, also the anisotropy coefficients and the appropriate error function were extracted; Then the relationships of the plane strain yield stress were added to the error function. The error function was optimized using Genetic Algorithm and limit strains were calculated using yield coefficients. The results showed that if the strain hardening exponent increases by 0.1, the limit strains increase by 30 to 40%. Also the results showed that the initial imperfection factor ( ) has a great effect on determining the FLD and with a very small change, it has a great effect on the FLD; So that by increasing this factor to about 0.016, the values of the limit strains are almost doubled. Using the results of this paper and having sheet properties such as yield strengths and anisotropy coefficients and proper selection of yield criteria, the FLD of different sheets to be theoretically determined with acceptable accuracy.

کلیدواژه‌ها English

Forming Limit Diagram
Al 5083
BBC2008 Advanced Yield Criteria
Optimization
Plane Strain Tensile Test
[1] Keeler SP, Backhofen WA. Plastic Instability and Fracture in Sheet Stretched over Rigid Punches. ASM Transactions Quarterly. 1963; 56 (11): 25-48.
[2] Goodwin GM. Application of strain analysis to sheet metal forming problems in press shop. SAE Transactions. 1968; 77: 380–387.
[3] Hill R. On discontinuous plastic states, with special reference to localized necking in thin sheets. Journal of the Mechanics and Physics of Solids.1952; 1 (1): 19–30.
[4] Marciniak Z, Kuczyński K. Limit strains in the processes of stretch-forming sheet metal. International Journal of Mechanical Sciences. 1967; 9 (9): 609-620.
[5] Graf A, Hosford W. The influence of strain-path changes on forming limit diagrams of A1 6111 T4. International Journal of Mechanical Sciences. 1994; 36 (10): 897-910.
[6] Jahromi S, Nazarboland A, Mansouri E, Abbasi S. Investigation of formability of low carbon steel sheets by forming limit diagrams. Iranian Journal of Science and Technology Transaction B: Engineering. 2006; 30 (B3): 377-385.
[7] Edrees AO, Waleed JA. Theoretical Determination of Forming Limit Diagram for Steel, Brass and Aluminum alloy sheets. Al-Rafidain Engineering Journal (AREJ). 2007; 15 (1): 40-55.
[8] Djavanroodi F, Derogar A. Experimental and numerical evaluation of forming limit diagram for Ti6Al4V titanium and Al6061-T6 aluminum alloys sheets. Materials and Design. 2010; 31 (10): 4866-4875.
[9] Safari M, Hosseinipour SJ, Azodi HD. Experimental and Numerical Analysis of Forming Limit Diagram (FLD) and Forming Limit Stress Diagram (FLSD). Materials Sciences and Applications. 2011; 2 (5): 496-502.
[10] Xu L, Barlat F, Ahn DC, Bressan JD. Forming limit and fracture mechanism of ferritic stainless steel sheets. Materials Science and Engineering: A. 2011; 528(7-8): 3113-3121.
[11] Rezaee-Bazzaz A, Noori H, Mahmudi R.. Calculation of forming limit diagrams using Hill's 1993 yield criterion. International Journal of Mechanical Sciences. 2011; 53 (4): 262-270.
[12] Dasappa P, Inal K, Mishra R. The effects of anisotropic yield functions and their material parameters on prediction of forming limit diagrams. International Journal of Solids and Structures. 2012; 49 (25): 3528-3550.
[13] Hossein Pour M, Seyedkashi S H, Shahi S. The Effect of Advanced BBC2003, Yld2004 and BBC2008 Yield Criteria on FLDs Based on M-K, Swift's and Hill's Models. Modares Mechanical Engineering. 2015; 15 (1):141-150 (In Persian).
[14] Zohoor M, Shahi S, HoseinpourGollo M. An experimental and theoretical investigation for determination of yield criteria parameters and forming limit diagram of Aluminum alloy 2024. Modares Mechanical Engineering. 2016; 16 (1) :192-202 (In Persian).
[15] Mohammed B, Park T, Kim H, Pourboghrat F, Esmaeilpour R. The forming limit curve for multiphase advanced high strength steels based on crystal plasticity finite element modeling. Materials Science and Engineering. A. 2018; 725: 250-266.
[16] Jeong Y, Panich S.. Forming limits of dual phase steels using crystal plasticity in conjunction with MK approach. Procedia Manufacturing. 2018; 15: 1816-1824.
[17] Ghazanfari A, Soleimani SS, Keshavarzzadeh M, Habibi M, Assempuor A, Hashemi R. Prediction of FLD for sheet metal by considering through-thickness shear stresses. Mechanics Based Design of Structures and Machines. 2020, 48 (6): 755-772.
[18] Ghazanfari A, Assempour A, Habibi M, Hashemi R. Investigation on the effective range of the through thickness shear stress on forming limit diagram using a modified Marciniak–Kuczynski model. Modares Mechanical Engineering. 2016; 16 (1) :137-143 (In Persian).
[19] Paul SK. Controlling factors of forming limit curve: A review. Advances in Industrial and Manufacturing Engineering. 2021, 2, 100033.
[20] Jong H, Lee BJ. Crystal plasticity finite element–Marciniak-Kuczynski approach with surface roughening effect in predicting formability of ultra-thin ferritic stainless steel sheets. International Journal of Mechanical Sciences. 2021, 191, 106066.
[21] Comsa DS, Banabic D. Interlaken, Switzerland,.2008 Plane-stress yield criterion for highly-anisotropic sheet metals. Numisheet Interlaken, Switzerland 2008; 43-48.
[22] Brodie DA. Techniques of measurement of body composition Part II. Sports Medicine. 1988; 5(2): 74-98.
[23] Banabic D, Aretz H, Comsa DS, Paraianu L. 2005. An improved analytical description of orthotropy in metallic sheets. International Journal of Plasticity. 2005; 21 (3): 493-512.
[24] Prasad VJ, Rao NM, Kamaluddin S. A Study of Microstructure andTribological Properties of Al 5083 MMC Processed by Direct Extrusion. International Journal of Mechanical And Production Engineering. 2018; 5(2): 8232-8240.
[25] An YG, Vegter H, Elliott L.. A novel and simple method for the measurement of plane strain work hardening. Journal of Materials Processing Technology. 2004;155 (1): 1616-1622.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 22، شماره 1
دی 1400
صفحه 23-35