بخشی از مقاله
چکیده
فرآیند برش یکی از مهمترین فرآیندهاي شکلدهی فلزات است. استفاده از عمل گیوتین براي برش، باعث کاهش نیروي فرآیند و در نتیجه کار مکانیکی مورد نیاز است. استفاده از مکانیک آسیب در تحلیل فرآیندهاي شکلدهی تخمین دقیقتري از نیروهاي بحرانی فرآیند، پیشبینی نقاط شروع ترك و نقاط شکست در ماده را در اختیار طراح قرار میدهد. یکی از مدلهاي آسیب پرکاربرد که در نرمافزار ABAQUS نیز وجود دارد، مدل آسیب جانسون کوك - Johnson-Cook - میباشد . در این مدل کرنش شکست ماده به صورت تابعی از تنش سه محوره، نرخ کرنش و دما در نظر گرفته میشود.
در این مقاله ابتدا پارامترهاي ورودي لازم براي انجام شبیهسازي برش ورق به کمک مدل جانسون کوك مشخص گردیده است. سپس به منظور تعیین پارامترهاي لازم، آزمایشهاي خاصی طراحی و انجام شده و اطلاعات مورد نیاز براي شبیهسازي آسیب جانسون کوك بر روي فولاد St12 تعیین گردیده است. در ادامه به شبیهسازي فرآیند برش توسط قیچی گیوتین پرداخته شده و نمودار نیروي برش در طول انجام فرآیند استخراج شده است. مقایسه نتایج آزمون کشش استاندارد حاصل از آزمون آزمایشگاهی و شبیهسازي به وسیله ضرایب تعیین شده نشان از دقت ضرایب استخراج شده دارد.
مقدمه
مدلسازي فرآیندهاي برش به دلیل تغییر شکل و کرنشهاي پلاستیک زیاد و توسعه تركها تا شکست کامل نیاز به یک مدل پیشرفته مبتنی بر مکانیک آسیب یا مشابه آن دارد. یکی از مدلهاي مهم شکست مواد نرم در سال 1985 توسط جانسون و کوك [1] ارائه گردید. در این مدل، مهمترین عامل اثرگذار روي شکست مواد نرم، تنش سه محوره معرفی شد. همچنین اثر نرخ کرنش و دما بر روي شکست مواد نرم نیز در این مدل بررسی گردیده است. البته معیار شکست نرم اولین بار در دهه 1940 بر مبناي کار پلاستیک نهایی توسط کاچانوف به کار گرفته شد .[2]
تعیین پارامترهاي مدل جانسون کوك
یکی از معتبرترین روشها در سال 1991 توسط هولموکوئیست [5] ارائه شد. در سال 2008 ژوتراس [6] یک روش کامل و دقیقی با استفاده از دستکاري در نمودارهاي تنش و کرنش براي استخراج ضرایب مدل آسیب و پلاستیسیته جانسون کوك به وسیله شافتهاي شیار دار ارائه داد. در سال 2009 باي و ویرزبیکی [7] کرنش شکست نوعی آلیاژ آلومینیم را بر حسب تنش سه محوره براي نمونههاي صاف و شافت شیاردار تحت آزمایش کشش و فشار بدست آوردند.
رابطه بریجمن
با توجه به تحقیقات انجام شده بر روي شکست مواد نرم، میزان کرنش ایجاد شده در ماده تا لحظه شکست تابع مقدار تنش سه محوره ماده در طول فرآیند بارگذاري میباشد .[9] در این تحقیق براي بررسی اثر تنش سه محوره روي کرنش شکست ماده از نمونههاي تخت براي بدست آوردن رفتار ماده استفاده شده است. این نمونهها دار اي یک شیار در قسمت مرکزي خود میباشند. خصوصیت نمونههاي شیاردار با شعاع شیار متفاوت این است که میتوان شکست نمونهها را در تنشهاي سه محوره متفاوت بررسی نمود.
روش تحقیق
3 نوع نمونه با شیارهاي 2، 6 و 12 میلیمتر مطابق شکل 1 طراحی شده است. از هر نوع، سه نمونه ساخته شد و آزمایش کشش بر روي آن ها در سه سرعت مختلف 300، 500 و 1000 میلیمتر بر دقیقه تا لحظه شکست نمونه انجام شد. پس از انجام آزمایش کشش بر روي هر نمونه، ضخامت سطح مقطع نمونه شکسته شده توسط میکروسکوپ الکترونیکی مطابق شکل 2 اندازهگیري میشود .
سپس توسط روابط ذکر شده مقدار تنش سه محوره و کرنش شکست براي هر نمونه بدست آورده میشود. جدول 1 ضخامت اولیه و نهایی هر نمونه و مقدار تنش سه محوره و کرنش شکست را نشان میدهد. پس از تعیین نقاط مربوط به نمودار کرنش شکست بر حسب تنش سه محوره، مناسبترین ضرایب معادله آسیب فولاد St12 مطابق جدول 2 به دست میآید. همچنین با جمعآوري اطلاعات تنش و کرنش براي نمونههاي تخت، پارامترهاي مدل پلاستیسیته جانسون کوك مطابق جدول 3 به دست میآید.
شبیهسازي برش ورق به وسیله گیوتین
به منظور امکان مقایسه نتایج بدست آمده در این قسمت با نتایج سانونی و همکارانش [11]، ضخامت ورق را 5 میلیمتر در نظر می گیریم و در کلیه موارد لقی بین دو تیغه را 5 درصد ضخامت ورق لحاظ میکنیم. اصطکاك را مطابق متد پنالتی - penalty - و ضریب آن را 0/1 در نظر میگیریم. همچنین کلیه اجزا به صورت صلب مدل شده اند.
