Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmoud Farzin
محمود فرزین (استاد راهنما)
 
STUDENT
Babak Jamshidi
بابک جمشیدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Investigation of Damage Evolution in Sheet Metal Forming Processes with Nonlinear Strain Paths
:Continuum damage mechanics (CDM), as one of the new branches of mechanical engineering, is a powerful complementary for fracture mechanics. Microstructure of materials includes some crack and voids. These defects can be created during loading or manufacturing of material. The main goal of damage mechanics is investigation of damage evolution and its effect on the mechanical strength of material. Definition of microstructure defects by continuous fields variable are common practice in all of the CDM models. According to CDM, in the existing constitutive equations, the effect of damage evolution in material is considered as deterioration of mechanical properties such as strength and stiffness. Prediction of rupture modes and estimation of limiting of drawing ratio is a major challenge in metal forming processes. Rectangular deep drawing processes and automotive panel forming will be considered because of their nonlinear strain paths. In this thesis, initiation and evolution of damage has been predicted using Lemaitre’s damage and FLD damage models and limiting drawing ratio has been determined. Lemaitre’s damage criterion has been implemented by Haji Aboutalebi as a subroutine for an elastic-plastic material and plane stress and finite strain theories. Using this subroutine in ABAQUS/Explicit finite element software, damage initiation and evolution is predicted for the above mentioned processes and the results obtained by FLD and Lemaitre models are compared. In rectangular deep drawing process, both models estimate the initiation and evolution of cracks in the corners and edges of the part. Comparing these results with experimental results show that FLD damage model does not predict the forming limit as good as Lemaitre’s damage model. In an automotive panel forming process, both models predict initiation of cracks in the edges of sheet. However according to the FLD damage model, fracture occurred at a lower depth in the formed sheet. In sheet metal forming processes with complex strain paths, the part is subjected to large plastic deformation. This severe plastic deformation leads to high plastic strain localization zones and subsequent accumulation of those strains. Then internal and superficial micro-defects and in another words ductile damage are created. This damage causes quality problems such as fracture. Therefore, design engineers need to accurately estimate the damage initiation and its growth. In this thesis, comparison between theoretical and experimental fracture results show that Lemaitre’s damage model can predict damage initiation, its growth and fracture better than FLD damage model in sheet metal forming processes with nonlinear and complex strain paths. Key words: prediction of damage evolution, rupture, forming limits, formability, nonlinear strain paths
مکانیک آسیب پیوسته، به عنوان یکی از شاخه های نوپا در علم مکانیک، متممی قدرتمند برای مکانیک شکست محسوب می گردد. تمامی مواد به صورت ذاتی دارای نقص هایی بصورت ترک ، حفره و عیوب دیگر می باشند. این عیوب می توانند در خلال تولید ماده یا حین بارگذاری شکل گیرند. هدف اصلی مکانیک آسیب، بررسی رشد تمامی عیوب و تأثیر آنها بر روی استحکام مکانیکی ماده است. وجه مشترک موجود در تمامی مدل های آسیب پیوسته، بیان عیوب ریز ساختاری توسط یک متغیر میدانی پیوسته است. با توجه به میدان آسیب پیوسته، معادلات ساختاری موجود به گونه ای فرمول بندی و پیاده سازی می گردند که اثر آسیب پیشرونده در ماده به صورت افت خواص مکانیکی از قبیل استحکام یا سختی در نظر گرفته شود. تعیین حد شکل دهی و پیش بینی مود های شکست در فرآیندهای شکل دهی یکی از چالش های مهم در این زمینه محسوب می گردد. فرآیندهای کشش عمیق ظروف مستطیلی و شکل دهی بدنه خودرو به دلیل مسیرهای کرنش غیر خطی از اهمیت خاصی برخوردار هستند. در این پایان نامه با استفاده از دو مدل آسیب نرم FLD و لمتر به پیش بینی شروع آسیب و رشد آن در فرایندهای مذکور پرداخته شده و حد شکل پذیری ورق نیز تعیین می گردد. معیار آسیب لمتر بر مبنای تئوری تنش صفحه ای الاستیک- پلاستیک و تئوری کرنش های محدود جهت پیش بینی رشد آسیب در ورق های نازک فلزی توسط حاجی ابوطالبی به صورت یک زیربرنامه پیاده سازی شده است [36]. با استفاده از زیربرنامه فوق در نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS/Explicit ، نتایج پیش بینی شروع و رشد آسیب مدل های آسیب نرم لمتر و FLD در فرایندها ی فوق با مسیر کرنش غیر خطی تعیین شده و با یکدیگر مقایسه گردیدند. در مورد فرایند کشش عمیق ظرف مستطیلی، هر دو مدل شروع و رشد ترک را در گوشه ها و لبه های ظرف پیش بینی نمودند. با مقایسه این نتایج با نتایج حاصل از نمونه عملی می توان دید که مدل آسیب FLD به خوبی حد شکل دهی را تخمین نمی زند. اما مدل آسیب لمتر به خوبی حد شکل دهی را در این فرایند پیش بینی می کند. در فرایند شکل دهی بدنه خودرو هر دو مدل شروع ترک را در لبه های ورق پیش بینی نمودند. با این تفاوت که مدل آسیب FLD در عمق کمتری از ورق شکل داده شده، وقوع شکست را پیش بینی کرد. در فرایندهای شکل دهی ورق که در آنها مسیرهای پیچیده کرنش وجود دارد، ورق تحت تغییر شکل های بزرگ قرار می گیرد. این عامل باعث می شود که مناطقی با کرنش های پلاستیک زیاد بوجود آید و به دنبال تجمع آنها، ریز عیوب سطحی و داخلی (آسیب نرم) تشکیل شود. این آسیب باعث بروز مشکلات کیفی مانند شکست می گردد. در نتیجه نیاز اساسی برای تخمین مناسبی از شروع آسیب و رشد آن احساس می شود. مقایسه نتایج شکست در این پایان نامه با نتایج مقالات علمی و آزمایش های عملی نشان داد که مدل آسیب لمتر می تواند با دقت بهتری نسبت به مدل FLD شروع آسیب، رشد آن و وقوع شکست را در فرایند های شکل دهی ورق که در آنها مسیر های پیچیده کرنش وجود دارد، پیش بینی کند. لغات کلیدی: مکانیک آسیب پیوسته- پیش بینی رشد آسیب- حد شکل دهی- مسیرهای کرنش غیرخطی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی