بهمن ماه 1390
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
دراین تحقیق شکل پذیری وزوال TWB ها دردوگروه همجنس وغیرهمجنس بررسی شده است. درطی تحقیق ازچهارفلزمختلف آلیاژهای آلومینیوم 6111-T4، 5083-H18، 5083-O وفولاد دوفازی DP590 وازدو تست کشش کروی وتست کشش ساده تک محوره استفاده شده است. سپس روش نوین شکل دهی به نام هیدروفرمینگ را برروی TWB های غیرهمجنس بررسی نموده ایم. درتمامی مدل سازی های انجام شده ازنرم افزار المان محدود آباکوس و ازنمودارحدشکل دهی درپیش بینی زوال درورق ها کمک گرفته شده است و رفتار ورق های پایه نیز به صورت غیرایزوتروپیک فرض شده است. از آنجا که بررسی شکل دهی TWBهای غیرهمجنس درمقایسه با TWBهای همجنس بسیارپیچیده ترمی باشد وتغییرشکل وزوال ورق های پایه نیزدرآنها کمترقابل پیش بینی است، لذا دراین تحقیق بیشتر بر روی TWBهای غیرهمجنس تمرکز شده وانتظارمی رود نتایج حاصله بسیارقابل توجه باشد.
 
 
 
فهرست مطالب
عناوین………………………………………………………………………………………..صفحه
 
1- مقدمه. 1
2- مروری برتحقیقات گذشته. 6
2-1- خواص مکانیکی TWBها. 11
2-1-1- تست کشش. 11
2-1-2- خواص کششی. 13
2-1-3- سختی. 14
2-2- شکل پذیری. 16
2-2-1- روش های تست شکل پذیری. 16
2-2-2- شکل پذیری TWB ها. 23
2-2-3- جریان ماده. 25
2-3- آنالیزهای زوال. 28
2-3-1- شکل های زوال. 28
2-3-2- معیارهای زوال. 29
2-4- مدل سازی المان محدود TWBها. 32
 
2-4-1- مدل سازی ناحیه جوش. 32
2-4-2- مدل های سختی وتسلیم ماده. 35
2-4-3- مدل سازی فرآیند شکل دهی. 37
2-5- شکل دهی به کمک فشارسیال(هیدروفرمینگ). 38
3-  تئوری. 41
3-1-  تغییرشکل الاستیک- پلاستیک . 41
3-1-1- تعریف مدل ماده. 42
3-1-2- استحکام ماده. 48
3-2-  مدل های سختی. 50
3-2-1-  مدل پلاستیک کامل. 50
3-2-2-  مدل سختی ایزوتروپیک. 51
3-3- نسبت های تنش تسلیم وخزش. 54
3-4- سطح تسلیم. 55
3-4-1- سطح تسلیم وان- مایسز. 55
3-4-2- سطح تسلیم هیل. 55
3-4-3- تابع تسلیم ایزوتروپیک. 56
3-4-4- تابع تسلیم غیرایزوتروپیک. 57
3-5- قانون جریان. 59
3-6- تعریف رفتارتسلیم غیرایزوتروپیک براساس نسبت های کرنش لنکفورد   61
 
3-6-1- غیرایزوتروپی عرضی. 62
3-6-2- غیرایزوتروپی صفحه ای. 63
3-6-3- غیر ایزوتروپی کلی. 63
3-7- چشم اندازکلی برای مدل سازی زوال وآسیب. 65
3-7-1- آسیب وزوال در مواد چکش خوار. 66
3-7-2- سیر پیشرفت آسیب. 67
3-7-3- معیارشروع آسیب برای شکست درفلزات. 68
3-7-4- معیارشروع آسیب برای ناپایداری تسلیم درورق ها  70
3-8-  تماس. 81
3-8-1- سطوح تماس. 81
3-8-2- تعریف جفت تماس. 84
3-8-3- تعریف تماس کلی. 85
3-8-4-  تعریف شبیه سازی تماس براساس سطح. 85
3-8-5- میرایی درتماس ها. 86
4- خواص مکانیکی ومتالورژیکی. 87
4-1- مواد وجوشکاری. 87
4-2-  خواص مکانیکی فلزات پایه وناحیه جوش. 90
4-3- رفتار غیرایزوتروپیک پلاستیک. 97
4-3-1-  سطح تسلیم Yld2000-2d. 98
 
4-3-2- سطح تسلیم Hill’48. 99
4-4- نمودارحد شکل دهی. 101
4-5- شبیه سازی تست کشش کروی. 104
5- TWB های هم جنس. 110
5-1- مدل سازی خط جوش ودرنظرگیری رفتارایزوتروپی/ غیرایزوتروپی برای ورق های پایه. 113
5-2-  مکان والگوی اولین زوال. 115
5-3- پیشرفت آسیب. 121
6- TWB های غیرهمجنس. 122
6-1- مکان والگوی اولین زوال. 124
6-2- پیشرفت آسیب. 128
7- تست هیدروفرمینگ. 130
7-1- مکان والگوی اولین زوال. 133
7-2- پیشرفت آسیب. 137
7-3- مقایسه دو روش شکل دهی مکانیکی وهیدروفرمینگ. 139
7-4- حرکت خط جوش. 143
8- تست کشش ساده تک محوره. 147
8-1- مکان والگوی اولین زوال. 152
8-2- پیشرفت آسیب. 157
9- نتیجه گیری وپیشنهادات. 160
9-1- جمع بندی ونتیجه گیری. 160
9-2- پیشنهادات. 162
مراجع. 164
 
فهرست جدول ها
عنوان……………………………………………………………………………………………صفحه
 
جدول (4-1): ترکیبات شیمیایی فلزات پایه برحسب درصدوزنی   88
جدول (4-2): ضخامت فلزات پایه وترکیبات ضخامت برای نمونه های جوش داده شده درTWB های هم جنس . 89
جدول (4-3): ضخامت فلزات پایه وترکیبات حاصله برای نمونه های جوش داده شده درTWB های غیرهم جنس.. 89
جدول (4-4): خواص الاستیک نمونه های مورد استفاده درTWB های هم جنس   95
جدول (4-5): پارامترهای سختی ایزوتروپیک درفلزات پایه ونمونه های مورد استفاده درTWB های هم جنس . 96
جدول (4-6): ضرایب معادله تسلیم غیرایزوتروپیک Yld2000-2d برای فلزات پایه . 100
جدول (4-7): ضرایب معادله تسلیم غیرایزوتروپیک Hill’48 برای فلزات پایه.  100
جدول (5-1): نتایج شبیه سازی شده واندازه گیری شده بیشینه حدشکل دهی درتست کشش کروی.. 114
جدول (5-2): نسبت ضخامت ودرصد کاهش بیشینه حدشکل دهی.  121
جدول (6-1): نتیج شبیه سازی شده بیشینه ارتفاع شکل دهی درتست کشش کروی.  123
جدول (7-1): نتیج شبیه سازی شده بیشینه ارتفاع شکل دهی درتست هیدروفرمینگ.. 132
جدول (7-2): نتایج شبیه سازی شده بیشینه حدشکل دهی دوفرآیند شکل دهی مکانیکی وهیدروفرمینگ.. 139
جدول (8-1): کرنش مهندسی شبیه سازی شده وباراعمالی متناظرآن درلحظه زوال درتست کشش تک محوره.. 152
فهرست شکل ها وتصویرها
عنوان……………………………………………………………………………………………صفحه
 
شکل (2-1): نمایی ازفرآیند جوشکاری اصطکاکی.. 9
شکل (2-2): نمونه ای ازیک ابزارتولیدکننده اصطکاک درجوش اصطکاکی.  10
شکل (2-3): تست Swift cup : الف) قبل ازشکل دهی ب) بعدازشکل دهی.  18
شکل (2-4): نمونه هایی ازورق های تحت تست Swift cup.. 18
شکل (2-5): نمایی ازفرآیند تست کشش کروی.. 20
شکل (2-6): نمونه ای ازورق های شبکه بندی شده درتست کشش کروی.  20
شکل (2-7): نمایی از ابزارآلات مورد استفاده درتست OSU.  21
شکل (2-8): نمونه ای ازنمودارحد شکل دهی.. 22
شکل (3-1): پاسخ تنش- کرنش ماده درحالت وجودآسیب درماده.  66
شکل (3-2): نمودارحدشکل دهی.. 72
شکل (3-3): ناحیه دارای نقص درمعیارزوال مارسینیاک- کوزینسکی.  76
شکل (3-4): انتقال نمودارحدشکل دهی برپایه کرنش (a) به نمودارحدشکل دهی ماسچنبورن- سون (b). مسیرخطی تغییرشکل به مسیرعمودی آن انتقال پیدا می کند.. 81
شکل (4-1): ابعاد نمونه تست کشش طبق استاندارد KSB 0801.  90
شکل (4-2): ابعاد سطح مقطع به ترتیب ازبالا به پایین برای نمونه های: الف) 6111-T4(SG) ب) 6111-T4(DG) ج) 5083-H18(SG) د) 5083-H18(DG) و) 5083-O(SG) ه) DP590(SG) ی) DP590(DG) . 92
شکل (4-3): مقایسه نمودارهای سختی فلزات پایه ونواحی جوش: a) 6111-T4 b) 5083-H18 c) 5083-O d) DP590 .. 94
شکل (4-4): نمودارهای حدشکل دهی فلزات پایه وجوش های مربوطه: a) 6111-T4 b) 5083-H18 c) 5083-O d) DP590 .. 103
شکل (4-5): نمایی ازنمونه های مورد استفاده درتست کشش کروی.  105
شکل (4-6): نمایی ازمدل مورداستفاده درتست کشش کروی: الف) ابعاد مورد نیاز ب) مدل سرهم بندی شده درنرم افزار.. 106
شکل (4-7): نواحی تقسیم بندی شده ورق ها درتست کشش کروی: الف) نمونه200×200میلیمتر ب) نمونه 200×120میلیمتر.. 108
شکل (5-1): نمایی ازسه مدل مختلف مورد استفاده درخط جوش.  111
شکل (5-2): نمایی ازشبکه بندی درنمونه های هم جنس درتست کشش کروی .الف) ورق های 6111-T4، 5083-O، DP590 ب) ورق 5083-H18.. 112
شکل (5-3): نتایج حاصله آزمایشگاهی وشبیه سازی شده (مدل C وغیرایزوتروپیک) ازاولین رخداد زوال در6111-T4(SG) درتست کشش کروی.  117
شکل (5-4): نتایج حاصله آزمایشگاهی وشبیه سازی شده (مدل C وغیرایزوتروپیک) ازاولین رخداد زوال در6111-T4(DG) درتست کشش کروی.  118
شکل (5-5): نتایج حاصله آزمایشگاهی وشبیه سازی شده (مدل C وغیرایزوتروپیک) ازاولین رخداد زوال در5083-H18(SG) درتست کشش کروی.  118
شکل (5-6): نتایج حاصله آزمایشگاهی وشبیه سازی شده (مدل C وغیرایزوتروپیک) ازاولین رخداد زوال در5083-H18(DG) درتست کشش کروی.. 119
شکل (5-7): نتایج حاصله آزمایشگاهی وشبیه سازی شده (مدل C وغیرایزوتروپیک) ازاولین رخداد زوال در5083-O(SG) درتست کشش کروی.  119
شکل (5-8): نتایج حاصله آزمایشگاهی وشبیه سازی شده (مدل C وغیرایزوتروپیک) ازاولین رخداد زوال در DP590 (SG)درتست کشش کروی.  120
شکل(5-9): نمودارهای پیشرفت آسیب درنمونه های: الف):6111-T4(SG,DG) ب)5083-H18(SG,DG) ج)5083-O(SG) د)DP590(SG).. 121
شکل (6-1): نتایج حاصله شبیه سازی شده (مدل B وغیرایزوتروپیک) ازاولین رخداد زوال درنمونه شماره (1) درتست کشش کروی.. 126
شکل (6-2): نتایج حاصله شبیه سازی شده (مدل B وغیرایزوتروپیک) ازاولین رخداد زوال درنمونه شماره (2) درتست کشش کروی.. 126
شکل (6-3): نتایج حاصله شبیه سازی شده (مدل B وغیرایزوتروپیک) ازاولین رخداد زوال درنمونه شماره (3) درتست کشش کروی.. 127
شکل (6-4): نتایج حاصله شبیه سازی شده (مدل B وغیرایزوتروپیک) ازاولین رخداد زوال درنمونه شماره (4) درتست کشش کروی.. 127
شکل (6-5): نمودارهای پیشرفت آسیب در: الف) نمونه شماره (1) ب) نمونه شماره (2) ج) نمونه شماره (3) د) نمونه شماره (4).  129
شکل (7-1): نمایی ازسطح اعمالی فشاردرتست هیدروفرمینگ.  131
شکل (7-2): نتایج شبیه سازی نمونه شماره (1) درتست هیدروفرمینگ.  135
شکل (7-3): نتایج شبیه سازی نمونه شماره (2) درتست هیدروفرمینگ.  135
شکل (7-4): نتایج شبیه سازی نمونه شماره (3) درتست هیدروفرمینگ.  136
شکل (7-5): نتایج شبیه سازی نمونه شماره (4) درتست هیدروفرمینگ.  136
شکل (7-6): نمودارهای پیشرفت آسیب درنمونه های TWB غیرهمجنس در تست هیدروفرمینگ:الف) نمونه شماره (1) ب) نمونه شماره (2) ج) نمونه شماره (3) د) نمونه شماره (4).. 138
شکل (7-7): نتایج شبیه سازی شده ازمکان والگوی اولین زوال دردوتست شکل دهی مکانیکی (سمت چپ) وشکل دهی هیدروفرمینگ (سمت راست). الف) نمونه شماره (1) ب) نمونه شماره (2) ج) نمونه شماره (3) د) نمونه شماره (4).. 142
شکل (7-8): نمایی ازگره های انتخابی برای حرکت خط جوش به ترتیب ازسطح بسترتا خط تقارن.. 144
شکل (7-9): نمودارهای جابه جایی خط جوش : الف) نمونه شماره (1) ب) نمونه شماره (2) ج) نمونه شماره (3) د) نمونه شماره (4).  144
شکل (7-10): نمودارهای جابه جایی خط جوش : الف) شکل دهی مکانیکی ب) هیدروفرمینگ.. 145
شکل (8-1): نمایی ازسه نوع مختلف جوشکاری درTWB ها درتست کشش تک محوره.. 148
شکل (8-2): سطح مقطع نمونه های استاندارد نوع  جوشکاری درتست کشش تک محوره.. 149
شکل (8-3): نمایی از شبکه بندی درنمونه های تست کشش تک محوره: الف) نوع  ب) نوع  ج) نوع .. 151
شکل (8-4): نتایج شبیه  سازی شده ازمکان والگوی اولین زوال درتست کشش تک محوره درنمونه های با جوشکاری نوع .. 154
شکل (8-5): نتایج شبیه  سازی شده ازمکان والگوی اولین زوال درتست کشش تک محوره درنمونه های با جوشکاری نوع .. 154
شکل (8-6): نتایج شبیه  سازی شده ازمکان والگوی اولین زوال درتست کشش تک محوره درنمونه های با جوشکاری نوع .. 155
شکل (8-7): نمودارهای تغییر باراعمالی درحین تغییرشکل درتست کشش تک محوره.. 156
شکل (8-8): نمایی ازپیشرفت پدیده آسیب درچهارنمونه مختلف درتست کشش تک محوره: الف) نمونه شماره (1) ب) نمونه شماره (2) ج)نمونه شماره (3) د) نمونه شماره (4).. 157
شکل (8-9): نمایی ازپیشرفت پدیده آسیب درسه نوع مختلف جوشکاری درتست کشش تک محوره: الف) نوع  ب) نوع  ج) نوع .. 158
فهرست نشانه های اختصاری
 
DG = Dissimilar Guages
DM = Dissimilar Material
DP = Dual- Phase
FLC = Forming Limit Curve
FLD = Forming Limit Diagram
FLSD = Forming

Limit Stress Diagram
FSW = Friction Stir Welding
HAZ = Heat Affected Zone
HDST = Hemispherical Dome Stretch Test
HSLA = High Strength Low Alloy
IF = Interstitial Free
IHBF = Integral hydro- bulge forming
LDH = Limiting Dome Height
LDR = Limiting Draw Ratio
M-K = Marciniak- Kuczynski
MSFLD =Müschenborn- Sonne Forming Limit Diagram
OSU = Ohio State University
SG = Similar Guages
SM = Similar Material
TMB = Tailor Made Blank
TWB = Tailor Welded Blank
VPF = Viscous Pressure Forming

– مقدمه
 
 
در سال های اخیر، تقاضا برای کاهش وزن وهمچنین استفاده از ورق های فلزی با مقاومت بالا نظیر آلیاژهای آلومینیوم، منیزیم وآهن ، بدلایل زیست محیطی واقتصادی،به طورمداوم درحال افزایش است. این تقاضا در صنایع خودروسازی وهوافضا به طور مشهودی دیده می شود. کارخانجات خودروسازی سعی درساخت خودروهایی با کاهش مصرف سوخت وآلودگی دارند که گاهی اوقات از طرف قانون لازم الاجرا است. درکنارصرفه جویی هایی که دراثر مصرف سوخت کمترحاصل می شود، فاکتور دیگری برای وسایل سبک تر درنظرگرفته می شود وآن کاهش صدمات به محیط زیست است. متعادل نمودن محیط زیست روز به روز درحال سخت تر شدن است واین به دلیل استفاده ازتکنولوژی های نو بدون درنظر گرفتن هزینه های زیست محیطی آن ها بوده است.
امکان داشتن یک توزیع متنوع چه درجنس مواد وچه درخواص هندسی در یک قطعه می تواند توزیع بهینه مواد را در آن قطعه فراهم آورده وباعث کاهش چشمگیروزن وهزینه شود. برای مثال، یک ورق باشرایط بارگذاری غیر یکنواخت می تواند ازدوقسمت که هرکدام ضخامت یاجنس متفاوت دارند ساخته شود به گونه ای که قسمت ضخیم تر(قوی تر) درناحیه با بارگذاری بیشتروقسمت نازک تر(ضعیف تر) درناحیه با بارگذاری کمتر جا داده شوند. [1]TWBs به عنوان گونه ای از[2]TMBs درحدود دو دهه است که در صنعت خودروسازی کاربرد دارد اما این تکنولوژی درصنعت هوافضا به ندرت استفاده شده است. لذا، صنعت هوافضا نیز می تواند به مانند صنعت خودروسازی ازمزایای این تکنولوژی استفاده کند. ازمواردکاربرد TWB درصنعت خودرو می توان به موارد زیر اشاره کرد: سرشاسی ها، پنل های اطراف بدنه، ضربه گیرجلووعقب، مسلح کننده های درون درب ها، ستون اول ودوم، ریل های زیر موتور، کف خودرو ، محفظه چرخ ها و… .از موارد کاربردTWB درصنعت هوایی میتوان به ساخت پوسته هواپیما، دریچه بازدید خلبان و… اشاره کرد.ایده اصلی مفهوم TWB از آنجا پیدا شد که ورق های[3] مورد استفاده درتولید قطعات مختلف چه با کاربرد هوایی وچه زمینی، ممکن است دارای ضخامت ها، جنس ها وصافی سطح های مختلف باشند. بنابراین TWB یک راه اتصال این ورق های ناهمگون می باشد. یکTWB  معمولی ازتعدادی ورق که ممکن است از نظرخواص مکانیکی، ضخامت وپوشش سطح مختلف باشند، تشکیل شده است وقبل ازشکل دهی به یکدیگرجوش داده می شوند. هنگامی که یکTWB  ایجاد می شود، طراح قادراست که ورق های بااستحکام مختلف رادرجاهایی به کارببرد که خواص موردنیاز، مد نظرمی باشند. این روند درجوشکاری وشکل دهی قطعات ورقی ، به مااجازه انعطاف پذیری زیادی درطراحی محصول، استحکام سازه وبهبود رفتار ضربه ای آن محصول خواهد داد.علاوه برآن صرفه جویی قابل ملاحظه ای در وزن نهایی (بدلیل کاهش مسلح کننده هاوکاهش هم پوشانی هادرهنگام جوش نقطه ای مونتاژ)، قیمت تمام شده، ابزارآلات ودستگاه های موردنیاز، مونتاژ وانبارداری، هزینه های ساخت (بدلیل کاهش قالب های کشش، کاهش جوش های نقطه ای درپایین دست وکاهش دورریز ورق ها)خواهدشد و درعین حال استحکام نسبت به ضربه سازه بدلیل افزایش استحکام[4] درهنگام جوش لیزر، سیمی و اصطکاکی حفظ خواهد شد ودرکنار آن دقت ابعادی ومقاومت به خوردگی بالاتر خواهد رفت. کاهش وزن دراثراستفاده از TWB درصنعت خودروسازی به طورمعمول بین 11-6% تخمین زده می شود. توزیع بهینه ی مواد درسازه های هوایی حتی مهم ترازخودروسازی نیز است چرا که نه تنها باعث کاهش وزن خود قطعات می شود، بلکه باعث استفاده ازبال های کوچک تر،موتورکوچک ترو… نیز خواهد شد که درنهایت باعث کاهش چشمگیروزن کلی خواهد شد. علاوه بر آن، تکنولوژی TWB باعث حذف نیاز به ماشین کاری قطعات آلومینیومی وکاهش دور ریز مواد وانرژی مورد نیاز برای ماشین کاری خواهد شد. آلیاژ پرقدرت آلومینیوم[5] که درتولید سازه ها در صنعت هوافضا بسیار استفاده می شود، قابلیت جوش پذیری را نداشته وبه دمای بالای جوش بسیار حساس است. این دمای بالا بر روی رفتاردمایی رسوبات آلیاژآلومینیوم تاثیر گذاشته ومیکروساختارآن ها رابه هم می زند. نکته دیگر، سختی خود جوش دادن آلیاژهای نا همگون است که انعطاف پذیری TWB را محدود می کند.