مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارایه یک روش جدید برای تعیین تجربی نمودار حد شکل دهی لوله های جدارنازک فلزی

نویسندگان
دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل
چکیده
آزمون­های مبتنی بر هندسه لوله، به دلیل بازتاب دقیق­تر فرآیندها، می­توانند به نتایج دقیق­تری برای تعیین خواص مواد منجر شوند. هدف این مقاله ارایه روشی جدید برای تعیین تجربی نمودارهای حد شکل‌دهی لوله‌های جدار نازک فلزی است. روش مورد استفاده مبتنی بر آزمون بالج هیدرولیک لوله دولایه می باشد. بر روی لوله خارجی که از جنس آلیاژ آلومینیوم AA6063-T6 است و در نظر است تا شکل پذیری آن بررسی ­شود، شیاری با هندسه خاص، ایجاد می‌شود. لوله داخلی که از فلز شکل­پذیر AISI304 انتخاب شده‌است، به عنوان واسطه­ انتقال فشار هیدرولیکی به لوله خارجی عمل می­کند. با تغییر موقعیت و ابعاد شیارها می­توان در لوله خارجی، حالت­های مختلف تنشی، از برش محض تا کشش دومحوره ­ی متوازن، تا رسیدن به شکست ایجاد نمود. هر یک از این حالت­ ها متناظر با یک مسیر کرنش است که هدف از این مطالعه دستیابی به آنها می­باشد. طراحی شیارهای هندسی بر روی لوله خارجی برای ایجاد هر حالت تنشی خاص، با استفاده از مدل‌سازی اجزای محدود رفت و برگشتی انجام شده­است. مزایای این روش تعیین نمودار حد شکل‌دهی عبارتند از قابلیت ایجاد گستره­ی کاملی از مسیرهای کرنش که در هیدروفرمینگ لوله مشاهده می­شوند و هم‌چنین سادگی تجهیزات مورد استفاده در آزمون­های تجربی. شبیه­سازی شکست، با استفاده از معیار شکست نرم موهر-کلمب اصلاح شده انجام شده‌است. کالیبراسیون این معیار، به وسیله­ی مجموعه ای از آزمون­های ابتکاری که ماهیتی مشابه آزمون­های تعیین حد شکل‌دهی دارند، انجام شده ­است
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

A New Method for Experimentally Determining the Forming Limit Curves of Thin-Walled Metal Tubes

نویسندگان English

Amin Ghiasi Tabari
Mohammad Bakhshi-Jooybari
Hamid Gorji
Mohammad Javad Mirnia
Mechanical engineering PHD student at Babol Noshirvani University
چکیده English

This study introduces a novel experimental approach for determining forming limit Curves (FLCs) in thin-walled metal tubes using a double-layer hydraulic bulge test. The outer tube, constructed from AA6063-T6 aluminum alloy, contains specially designed cuts to evaluate its formability, while a ductile inner tube transmits hydraulic pressure. By adjusting the cut geometry, different stress states from pure shear to equibiaxial tension can be generated until fracture, with each state corresponding to a unique strain path. The designed cuts configurations were optimized through iterative finite element modeling, ensuring accurate stress state simulations. Key benefits of this method include comprehensive strain path replication (similar to actual tube hydroforming conditions) and minimal experimental complexity. Additionally, fracture behavior was predicted using a modified Mohr-Coulomb ductile fracture criterion, calibrated through specialized tests resembling FLC determination procedures

کلیدواژه‌ها English

formability
Tube hydroforming
Forming limit curve
Fracture
[1] Davies R, Grant G, Herling D, Smith M, Evert B, Nykerk S, Shoup J. Formability investigation of aluminum extrusions under hydroforming conditions. SAE Technical Paper; 2000 Oct 3.
[2] Yoshida K, Kuwabara T, Narihara K, Takahashi S. Experimental verification of the path-independence of forming limit stresses. Int J Form Process. 2005;8(SI):283-98.
[3] Hwang YM, Lin YK, Altan T. Evaluation of tubular materials by a hydraulic bulge test. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2007 Feb 1;47(2):343-51.
[4] Magrinho JP, Silva MB, Centeno G, Moedas F, Vallellano C, Martins PA. On the determination of forming limits in thin-walled tubes. International Journal of Mechanical Sciences. 2019 May 1; 155:381-91.
[5] Song WJ, Heo SC, Ku TW, Kim J, Kang BS. Evaluation of effect of flow stress characteristics of tubular material on forming limit in tube hydroforming process. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2010 Sep 1;50(9):753-64.
[6] Chen X, Yu Z, Hou B, Li S, Lin Z. A theoretical and experimental study on forming limit diagram for a seamed tube hydroforming. Journal of Materials Processing Technology. 2011 Dec 1;211(12):2012-21.
[7] Li S, Chen X, Kong Q, Yu Z, Lin Z. Study on formability of tube hydroforming through elliptical die inserts. Journal of Materials Processing Technology. 2012 Sep 1;212(9):1916-24.
[8] Yu Z, Kong Q, Ma C, Lin Z. Theoretical and experimental study on formability of laser seamed tube hydroforming. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014 Oct; 75:305-15.
[9] Nguyen NT, Lee E, Lee MG, Kim HJ, Kim HY. Hydroformability assessment of AA6063 tubes using the polar effective plastic strain diagram. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2015 Apr;229(4):647-53.
[10] Mohammadi M, Karami JS, Hashemi SJ. Forming limit diagram of aluminum/copper bi-layered tubes by bulge test. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017 Sep; 92:1539-49.
[11] Hashemi SJ, Rahmani F, Seyedkashi SMH. Numerical and experimental investigation of forming limit diagram in warm incremental forming process of aluminum tubes. Modarres mechanical engineering. 2020; 20(6):1635-1645.
[12] H. Moslemi Naeini, S. Hashemi, G. H. Liaghat, M. Mohammadi, H. Deilami Azodi, Analytical prediction of limit strains and limit stresses in hydroforming of anisotropic aluminum tubes, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 2, pp. 133-140, 2014. (In Persian)
[13] S. J. Hashemi, H. Moslemi Naeini, Gh. Liaghat, J. Shahbazi Karami, A. H. Roohi, Prediction of bursting in warm tube hydroforming using modified ductile fracture criteria, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 16, pp. 201-211, 2015. (In Persian)
[14] Centeno G, Silva MB, Alves LM, Vallellano C, Martins PA. On the utilization of circle grid analysis in thin-walled forming of tubes: experimental and numerical evaluation. Procedia Engineering. 2017 Jan 1; 207:1773-8.
[15] Cristino VA, Magrinho JP, Centeno G, Silva MB, Martins PA. A digital image correlation-based methodology to characterize formability in tube forming. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design. 2019 Feb;54(2):139-48.
[16] He Z, Wang Z, Lin Y, Zhu H, Yuan S. A modified Marciniak–Kuczynski model for determining the forming limit of thin-walled tube extruded with initial eccentricity. International Journal of Mechanical Sciences. 2019 Feb 1; 151:715-23.
[17] Zhu H, He Z, Lin Y, Zheng K, Fan X, Yuan S. The development of a novel forming limit diagram under nonlinear loading paths in tube hydroforming. International Journal of Mechanical Sciences. 2020 Apr 15; 172:105392.
[18] Yang L, Zhao Q. Forming limit diagrams for tubes with non-uniform thickness in hydro-bulging. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019 Jul 19; 103:901-11.
[19] Hashemi SJ, Naeini HM, Liaghat G, Tafti RA, Rahmani F. Forming limit diagram of aluminum AA6063 tubes at high temperatures by bulge tests. Journal of Mechanical Science and Technology. 2014 Nov; 28:4745-52.
[20] Guo X, Ma F, Guo Q, Luo X, Kim N, Jin K. A calculating method of tube constants of ductile fracture criteria in tube free bulging process based on MK theory. International Journal of Mechanical Sciences. 2017 Aug 1; 128:140-6.
[21] HY C, YJ C, YC L, CC W. Evaluation of Facture Criteria Considering Complex Loading Paths in Cobalt Alloy Tube Hydroforming. Materials Transactions. 2012 May 1;53(5):807-11.
[22] Song WJ, Kim SW, Kim J, Kang BS. Analytical and numerical analysis of bursting failure prediction in tube hydroforming. Journal of Materials Processing Technology. 2005 May 15; 164:1618-23.
[23] Ghiasi Tabari A, Bakhshi Jooybari M, Gorji H, Mirnia MJ. Calibration of modified Mohr-Coulomb (MMC3) ductile fracture criterion using tube hydroforming process. International Journal of Engineering. 2024 Dec 38;10: 2369-2383.
[24] Wang H, Bouchard R, Eagleson R, Martin P, Tyson WR. Ring hoop tension test (RHTT): A test for transverse tensile properties of tubular materials. Journal of Testing and Evaluation. 2002 Sep 1;30(5):382-91.
[25] Mousavi F, Hashemi R, Madoliat R. Measurement of directional anisotropy coefficients for AA7020-T6 tubes and prediction of forming limit curve. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018 Apr; 96:1015-23.
[26] Mirnia MJ, Vahdani M. Calibration of ductile fracture criterion from shear to equibiaxial tension using hydraulic bulge test. Journal of Materials Processing Technology. 2020 Jun 1; 280:116589.
[27] Banabic D, Lazarescu L, Paraianu L, Ciobanu I, Nicodim I., Comsa DS. Development of a new procedure for the experimental determination of the
Forming Limit Curves. CIRP Annals - Manufacturing Technology 62 (2013) 255–258.