مقاله شبیه سازی شکل دهی انفجاری ورق از جنس آلیاژ آلومینیوم

بخشی از مقاله

چکیده

در سالهاي اخیر ورقهاي آلیاژ آلومینیوم در صنعت خودروسازيکاربرد ویژهاي پیدا کردهاند. شکلدهی این مواد با روشهایی مانند هیدروفرمینگ بسیار مشکل است زیرا در این ورقها محدوده پلاستیک قبل از پارگی نسبت به ورق هاي فولادي کمتر است. در این مقاله شکلدهی آزاد آلیاژ آلومینیوم به عنوان مطالعه پایهاي بررسی شده است که با استفاده از موج شوك حاصل از انفجار در زیر آب و ماده منفجره SEP و تغییر ضخامت ورق به عنوان پارامتر متغیر انجام میشود. جهت تأیید تحلیل عددي با نرم افزار LS DYNA ، نتایج به دست آمده با نتایج منتشر شده در یکی از مقالات معتبر مقایسه گردید و صحت آن مورد تĤیید قرار گرفت.

واژه هاي کلیدي: شکلدهیانفجاري- ورقآلیاژآلومینیوم- سرعت تغییر شکل- تنش، المان محدود

-1مقدمه

استفاده از ورق هاي آلیاژ آلومینیوم در صنعت اتومبیل سازي امروز رو به گسترش است. در مقایسه با آلیاژهاي فولاد، آلیاژ آلومینیوم در شکلدهی محدودیت بیشتري دارد. با استفاده از روش شکلدهی انفجاري می توان در جهت رفع محدودیتهاي آلیاژ آلومینیوم تلاش کرد. از این رو در این پژوهش شبیه سازي عددي در مورد فرایند تغییر شکل ورق آلومینیوم با استفاده از انفجار در زیر آب انجام می شود.

-2 روش شبیه سازي

شکل 1، مدل شبیه سازي شکل دهی انفجاري در این مقاله را نشان می دهد. ورق آلومینیوم دایرهاي به قطر 230 میلیمتر و ضخامت 1 میلیمتر و آلومینیوم آنیل شده A7039 میباشد. قطر مخزن آب روي ورق 130 میلیمتر و ارتفاع آن 50 میلیمتر است ماده منفجره قوي SEP با قطر 22 و طول 20 میلی متر در نظر گرفته شده است که چگالی آن 1/31 کیلوگرم بر متر مکعب و فشار انفجار آن 15/9 گیگاپاسکال است. قطر دهانه قالب 100 میلیمتر و شعاع آن 15 میلیمتر و فاصله ماده منفجره از ورق 30 میلیمتر است. در شرایط مرزي بدنه قالب صلب در نظر گرفته میشود. پس از انفجار با توجه به وجود ورقگیر، ورق در راستاي z مشخص شده و تغییر شکل میدهد.

-2-1 نحوه مدلسازي در نرم افزار LS Dyna

-2-1-1 مشخصات مواد وقطعات بکار رفته

-2-1-2 نوع مشبندي

-2-1-2-1 آب وماده انفجاري به صورت solid node و elform11 مدل شدهاند.

-2-1-2-2 ورق و سنبه و نگهدارنده ورق به صورت Shell node با ELFORM 1 مدل شدهاند.

-2-1-2-3 از آنجائیکه solid ale با elform 11 به EOS نیاز دارد بدین منظور از EOS_Gruneisen استفاده شده است. -2-1-2-4 قطعات قالب و ورق از نوع لاگرانجی و آب و ماده انفجاري به صورت اولري مدل شدهاند.

-2-2 معادلات مدل سازي
محاسبه فشار آب با معادله حالت ماي- گرونایزن انجام شده است:[1]
که در آن ت ρ چگالی اولیه است.انرژي درونی، تΓ پارامتر گرونایزن،    ت ρ    −ذ η  و ثوابت ماده میباشند. براي ماده واسطه در این مقاله که آب است، مقادیر این ثوابت در جدول 1 آمدهاند.فشار در ماده منفجره با استفاده از JWL - جونز- ویلکینز- ویلیام - محاسبه می شود.[2]معادله حالت بیان این معادله به صورت زیر است:

که در آن B , A ، ذR ، لR ، Cو ω پارامترهاي JWL هستند. V نسبت حجم گازهاي حاصل به حجم اولیه ماده منفجره پیش از انفجار است. براي ماده منفجره SEP این ثوابت در جدول 2 آمده اند.براي محاسبه ماده منفجره اولیه جهت سوختن حجم   [3] به کار رفته است.هنگامی که حجم ماده منفجره اولیه در محاسبه با حجم مواد حاصل از انفجار در حالت چاپمن-جوگت - C-J - برابر شود، فرض بر تجزیه کامل ماده منفجره به محصولات گازي قرار می گیرد. اگر   حجم اولیه ماده منفجره و VCJحجم محصولات انفجار در حالت C-J باشد، نرخ واکنش ماده منفجره به صورت زیر بیان می شود:

که در آن W نسبت ماده منفجره واکنش نداده است. لذا قبل از واکنش ذ W  و بعد از واکنش   و   فشار محصولات انفجار است.