کاربرد مکانیک آسیب در پیش بینی بروز ترک در شکل دهی غلتکی سرد با استفاده از شبیه سازی اجزای محدود
چکیده
شکل دهی غلتکی سرد فرایندی است که در آن نوار ورق در حالت سرد، با عبور پیوسته از بین مجموعه غلتک های دوار و بدون تغییر محسوس در ضخامت، به یک پروفیل با مقطع دلخواه شکل داده می شود. شکل دهی در چند مرحله و با ایجاد خم های طولی در نوار ورق انجام می شود. شکل دهی در ورق بر ایجاد ناحیه ی پلاستیک در محل خم استوار است. تغییر شکل بیشتر در محل خم بازگشت فنری را کاهش می دهد. اما امکان بروز ترک در محل خم نیز افزایش می یابد. بنابراین بررسی و تعیین پارامترهای موثر بر شکل دهی به صورت بهینه می تواند در این فرایند قابل توجه باشد. شبیه سازی اجزای محدود می تواند راه حل مناسبی برای بررسی پارامترهای شکل دهی در این فرایند باشد. شبیه سازی اجزای محدود ضمن این که هزینه ی آزمایش ها را کاهش دهد، می تواند در شناخت و بهینه کردن پارامترهای موثر کارآمد باشد. در این پژوهش در قدم اول پارامترهای موثر در ایجاد ترک روی سطح بیرونی ورق در فرایند شکل دهی غلتکی سرد با استفاده از شبیه سازی اجزای محدود بررسی می شوند. بدین منظور از معیارهای آسیب نرم و برشی ارئه شده در نرم افزار abaqus استفاده می شود. ماده ی انتخاب شده یک نوع سوپرآلیاژ آلومینیوم می باشد که خواص آسیب نرم و برشی آن در دست است. نتایج آسیب اولیه مطابقت خوبی با محل های مورد انتظار برای شروع ترک دارد. همچنین با فرض بروز ترک انتظار داریم گشتاور شکل دهی غلتک ها و انرژی کرنشی در ورق کاهش یابند که با نتایج به دست آمده هم خوانی خوبی دارد. با در نظر گرفتن ویژگی تمرکز محلی آسیب که متشابه با بروز ترک در ماده میباشد، شبیه سازی ها با استفاده از معیار برشی نتایج بهتری ارائه می دهد. در قدم دوم به بررسی میزان تاثیر کمی پارامتر های موثر در بروز ترک پرداخته شده است. با توجه به این که نسبت شعاع خم به ضخامت در خمش ساده یک پارامتر موثر در سطوح تنش روی سطح ورق می باشد و همچنین اثر زاویه ی خم و ضخامت ورق در این فرایند ملموس می باشد. از این رو این پارامترها به عنوان پارامترهای اساسی در بروز ترک در نظر گرفته شده اند و به بررسی میزان رشد آسیب در تغییرات این پارامترها پرداخته شده است. نتایج در قالب نمودارهایی ارائه شده است. نتایج نشان می دهد احتمال بروز ترک و پارگی در ابتدای ورق بیشتر است. در روی خط خم بعد از حدود 10 برابر ضخامت ورق، نمودار آسیب تقریبا به شکل یک نمودار نوسانی حول یک عدد ثابت با دامنه ی نزولی در می آید. شاید بتوان گفت آسیب در یک المان نه تنها بر سطوح تنش در آن المان بلکه در سطوح تنش در المان های مجاور و میزان آسیب در آن ها تاثیرگذار می باشد. در قدم سوم با هدف کاهش هزینه های شبیه سازی و بسط نتایج و همچنین بررسی بهتر تاثیر پارامترها، از شبکه های فازی-عصبی استفاده شده است. با استفاده از شبکه ی فازی-عصبی انطباقی anfis در نرم افزار matlab و داده های خروجی حاصل از شبیه سازی ها یک شبکه آموزش داده شده تا به منظور بسط نتایج مورد استفاده قرار گیرد. با استفاده از این سیستم علاوه بر بسط نتایج می توان رویه های آسیب را بر حسب هر دو پارامتر از پارامترهای ورودی ترسیم نمود. شایان ذکر است روند طی شده در این پژوهش را می توان به عنوان یک روند مناسب در جهت طراحی دقیق تر خطوط تولید و بهینه سازی فرایندهای شکل دهی مشابه و افزایش کیفیت محصولات پیشنهاد نمود.