بررسي تجربي و شبيه‌سازي عددي برهم‌كنش بين سيال و سازه در فرآيند هيدروفرمينگ ورق‌هاي مثلثي تحت بار ضربه‌اي

Experimental Investigation and Numerical Simulation of Fluid-Structure Interaction on Hydroforming Process of Triangular Plates under Impact Loading

در اين مقاله به بررسي فرآيند شكل‌دهي ورق‌هاي مثلثي گيردار از جنس فولاد st12 و در دو ضخامت 1 و 2 ميلي‌متر به‌وسيله آب پرداخته ‌شده است. كليه آزمايش‌ها در آزمايشگاه ضربه دانشگاه گيلان و با بهره‌گيري از سامانه چكش پرتابه‌اي انجام‌ شده و شبيه‌سازي عددي مراحل مختلف آن نيز به‌وسيله نرم‌افزار آباكوس صورت گرفته است. همان‌گونه كه پيش‌تر اشاره شد، با بهره‌گيري از سامانه چكش پرتابه‌اي به‌عنوان عامل بارگذاري هيدروديناميكي و با بررسي‌هاي تجربي متفاوت در راستاي اين پژوهش، تأثير عواملي نظير ضخامت، محل استقرار چكش و وزن آن يا به عبارتي تكانه‌اي كه به‌عنوان ورودي به مجموعه اعمال مي‌شود، مورد مطالعه قرار گرفته است. در بخش شبيه‌سازي عددي ورق‌هاي مثلثي، با تأكيد بر مدل‌سازي برهم‌كنش بين سيال و سازه با تكيه‌بر شبيه‌سازي فاز سيال با روش هيدروديناميك ذرات هموار و مدل كردن ورق به‌عنوان سازه با روش المان محدود، كل فرآيند در قالب مسئله كوپل اين دو روش، شبيه‌سازي ‌شده است. در اين شبيه‌سازي‌ها خيز نهايي ورق، توزيع تنش بر روي آن و پديده تمركز تنش بررسي‌شده است. بحث پيرامون محل رخ دادن بيشينه خيز، موضوع ديگري است كه به آن پرداخته ‌شده است. وجود همخواني قابل‌قبول، بين نتايج حاصل از شبيه‌سازي عددي و نتايج آزمايش‌هاي تجربي، خود دليلي بر صحت شبيه‌سازي‌هاي انجام‌شده و نتايج حاصل از آن‌ها است

In the present paper, forming of clamped triangular plates by means of water has been investigated. The plates were made of st-12 and had the thicknesses of 1 and 2 millimeters. The experimental tests were performed at the impact laboratory of Guilan University using drop hammer system. Various aspects of numerical investigation were simulated by Abaqus software. As mentioned above, using drop hammer system as a hydrodynamic loading tool and carrying out different empirical tests in this study, the effect of factors such as thickness, standoff distance of hammer and its weight, i.e. the applied momentum to the system have been studied. In the numerical simulations, the deformations of triangular plates were simulated by smoothed-particle hydrodynamics method. Also, the Fluid-Structure Interaction was considered for simulating the fluid phase and the plate deformation was modeled using finite element method in the form of coupled SPH/FEM. Furthermore, the ultimate deformation, stress distribution, stress concentration of plates and position of maximum deformation on triangular plate have been investigated. Agreement between the obtained data from numerical simulations and experiments guarantied the accuracy of simulations.