بررسی تجربی و عددی تأثیر سرعت شکل دهی بر شکل پذیری ورق های جوشکاری شده TWB

نوع: Type: رساله

مقطع: Segment: دکتری

عنوان: Title: بررسی تجربی و عددی تأثیر سرعت شکل دهی بر شکل پذیری ورق های جوشکاری شده TWB

ارائه دهنده: Provider: احمد امینی - رشته مکانیک

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر علی علوی نیا

اساتید مشاور: Advisory Professors:

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر حسن مسلمی نائینی (تربیت مدرس)، دکتر حشمت الله حقیقت (رازی)، دکتر فرامرز فرشته صنیعی (بوعلی سینا)

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: 1402/6/28

مکان ارائه: Place of presentation: آمفی تئاتر دانشکده مهندسی

چکیده: Abstract: امروزه استفاده از قطعات ناهمسان جوشکاری شده (tailor welded blank≡TWB) در صنایع خودروسازی و هوافضا به‌دلیل داشتن مزایایی مانند بهبود استحکام موضعی، کاهش وزن، صرفه‌جویی در هزینه تولید، کاهش در مصرف سوخت و آلوده‌کننده‌های محیط زیست رو به افزایش است. مطالعات زیادی برای بررسی تأثیر عوامل مختلف بر شکل‌پذیری TWB در حالت شبه‌استاتیکی انجام شده‌است. با وجود استفاده گسترده از TWB در ساخت قسمت‌های مختلف بدنه خودرو و نیاز به شکل‌دهی آن در سرعت‌های مختلف، اثر سرعت شکل‌دهی به‌عنوان عاملی تأثیرگذار در فرآیندهای شکل‌دهی TWB تشکیل شده از ورق‌های فولادی بررسی نشده‌است. بنابراین، این پژوهش، با هدف بررسی اثر سرعت شکل‌دهی بر شکل‌پذیری TWB و ورق‌های تشکیل‌دهنده آن انجام شد. بدین منظور، از یک دستگاه لیزر رشته‌ای (fiber) برای جوشکاری TWB متشکل از ورق‌های فولادی St14 با ضخامت‌های mm 7/0 و mm 1 استفاده شد. ناحیه جوش با استفاده از آزمون‌های متالوگرافی و ریزسختی مورد بررسی قرار گرفت. به‌منظور بررسی خواص کششی فلزات پایه و نمونه‌های TWB، آزمایش‌های کشش تک¬محوره در پنج نرخ کرنش 001/0، 01/0، 1/0، 1 و s-1 10 و در دمای اتاق انجام شدند. یک قالب شکل¬دهی با سنبه سرکروی جهت بررسی تجربی شکل‌پذیری، طراحی و ساخته شد. آزمایش‌های شکل‌پذیری برای ایجاد منحنی¬های حد شکل‌دهی، در روش‌های شکل‌دهی شبه¬استاتیکی و ضربه¬ای انجام شد. برای استخراج منحنی حد شکل¬دهی عددی، از شبیه-سازی اجزای محدود استفاده شد. در شبیه‌سازی، ناهمسانگردی ماده در نظر گرفته شد و مدل مادی با در نظر گرفتن اثر نرخ کرنش، توسط زیربرنامه ویوهارد وارد شبیه¬سازی شد. نتایج نشان داد که وجود ریزساختار بینایتی (bainitic) در ناحیه جوش، باعث افزایش دو برابری ریزسختی این ناحیه نسبت به فلز پایه می‌شود. در آزمایش کشش، با افزایش نرخ کرنش از s-1 001/0 به s-1 10، استحکام تسلیم ورق mm 7/0، ورق mm 1 و TWB به‌ترتیب، 4/86%، 3/78% و 3/81% افزایش یافتند. در همین محدوده نرخ کرنش، میزان افزایش استحکام کششی نهایی ورق mm 7/0، ورق mm 1 و TWB به‌ترتیب، 9/20%، 8/22% و 9/22% بود. هم‌چنین، در همه نرخ‌های کرنش، استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی TWB بالاتر از فلزات پایه و نزدیک به ورق نازک TWB بود. با افزایش نرخ کرنش، افزایش طول کل TWB کاهش یافت. اما، افزایش طول کل فلزات پایه ابتدا با افزایش نرخ کرنش تا s-1 1/0 روند نزولی و با افزایش بیش‌تر نرخ کرنش، روند صعودی داشت. هم‌چنین، افزایش طول پسایکنواخت فلزات پایه و TWB با افزایش نرخ کرنش بیش‌تر شد. با افزایش نرخ کرنش تا s-1 10، چند شاخص مهم کرنش سختی شامل افزایش طول یکنواخت، نسبت استحکام کششی نهایی به استحکام تسلیم و توان کرنش-سختی (n) برای ورق mm 7/0 به‌ترتیب، 33%، 2/35% و 5/35% و برای ورق mm 1 به‌ترتیب، 6/33%، 1/31% و 1/31% کاهش یافتند. هم‌چنین، رفتار کششی فلزات پایه در نرخ‌های کرنش مختلف توسط مدل مادی با دقت خوبی پیش‌بینی شد. برای تحلیل تغییر شکل پلاستیک دو ورق ضخیم و نازک TWB در نرخ‌های کرنش مختلف، از شاخص‌های نسبت ضخامت حدی (LTR) و اختلاف نسبت‌ها (DR) استفاده شد. با افزایش نرخ کرنش، LTR و DR کاهش یافتند. این اتفاق نشان دهنده کاهش تغییر شکل پلاستیک قسمت ضخیم TWB و در نتیجه، کم‌تر شدن افزایش طول یکنواخت TWB در صورت افزایش نرخ کرنش بود و با نتایج تجربی نیز مطابقت داشت. در شکل¬دهی شبه¬استاتیکی فلزات پایه محل شکست دور از مرکز گنبد بود، اما در شکل¬دهی ضربه¬ای، شکست در نزدیکی مرکز گنبد ایجاد شد. با این حال، در بیش‌تر نمونه‌های تغییر شکل یافته TWB در هر دو سرعت شکل‌دهی، تمرکز کرنش و شکست در نزدیکی مرکز گنبد و در سمت ورق نازک رخ داد. منحنی حد شکل¬دهی (FLC) در شکل¬دهی ضربه¬ای فلزات پایه در مقایسه با شکل¬دهی شبه¬استاتیکی، به‌سمت پایین و به‌طرف مقادیر مثبت¬تر کرنش اصلی کمینه جابجا شد. FLC نمونه‌های TWB در شکل¬دهی ضربه¬ای در مقایسه با FLC شکل‌دهی شبه‌استاتیکی، به‌ویژه در سمت چپ نمودار حد شکل‌دهی، پایین‌تر بود. حد شکل¬دهی در حالت کرنش صفحه¬ای (FLC0) در شکل¬دهی ضربه¬ای فلزات پایه و TWB کم‌تر از شکل¬دهی شبه¬استاتیکی بود. هم‌چنین، ارتفاع گنبد فلزات پایه و TWB در شکل¬دهی ضربه¬ای نسبت به شکل-دهی شبه¬استاتیکی کاهش یافت. این موارد نشان دهنده کاهش شکل¬پذیری در شکل¬دهی ضربه¬ای در محدوده نرخ کرنش متوسط است. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که در شکل‌دهی ضربه‌ای نسبت به شکل‌دهی شبه‌استاتیکی فلزات پایه، کرنش اصلی بیشینه و تغییر ضخامت در قسمت محدودتری از نمونه رخ می‌دهد. در شبیه‌سازی هر دو سرعت شکل‌دهی TWB، کرنش اصلی بیشینه و حداکثر کاهش ضخامت در نزدیکی خط اتصال ورق‌های تشکیل دهنده TWB و روی ورق نازک رخ داد. هم‌چنین، کرنش پلاستیک و کاهش ضخامت ورق نازک TWB در شبیه‌سازی شکل‌دهی ضربه‌ای در مقایسه با شکل‌دهی شبه‌استاتیکی، در محدوده کوچک‌تری اتفاق افتاد. به‌صورت کلی، نتایج شبیه¬سازی شامل موقعیت شکست، توزیع کرنش و منحنی حد شکل¬دهی در هر دو روش شکل¬دهی، انطباق خوبی با نتایج تجربی داشت.

فایل: ّFile: