بررسي آزمايشگاهي و عددي شكست آلياژ آلومينيوم 5083 به‌وسيله نمونه صليبي تحت بارگذاري دومحوره

Experimental and numerical studying of AL5083 alloy fracture using a cruciform specimen under biaxial loading

اين مقاله به مطالعه آزمايشگاهي و عددي شكست ورق آلياژ آلومينيوم 5083، تحت كشش تك‌ محوره و دو محوره مي‌پردازد. براي بررسي رفتار شكست دو محوره، نمونه‌هاي كشش دو محوره صليبي، طبق مدل ليونل، به‌ روش‌هاي ماشين كاري و الكترو شيميايي، ساخته شده و به‌روش قلم‌زني الكترو شيميائي شبكه‌بندي شدند. يك سازواره وابسته كشش دو محوره طراحي و به‌روش‌هاي ماشين‌كاري با دقت به‌ نسبت بالاساخته شد. با استفاده از اين سازواره وابسته كشش دو محوره و استقرار آن بر دستگاه كشش/فشار تك‌ محوره اينسترون-1343، آزمون‌هاي تجربي دومحوره در دماي محيط و با نرخ كرنش متوسط 0.0003 بر ثانيه انجام شداند. براي شبيه‌سازي رفتار شكست از شبيه‌سازي اجزاي محدود با در نظر گرفتن شرايط آسيب از نرم‌افزار آباكوس استفاده شد. در اين مطالعه، چگونگي آغاز و توسعه شكست ماده، موقعيت شكست روي نمونه و در مقطع آزمون آن و نمودار نيروي روي بازوهاي نمونه به‌صورت كيفي و كمي بررسي و نتايج تجربي و شبيه‌ سازي مقايسه شدند. نتايج تجربي نشان مي‌دهند كه شكست در مركز نمونه اتفاق نمي‌افتد. بلكه در ناحيه مقطع آزمون و در راستاي گوشه‌هاي نمونه رخ مي‌دهد. در نزديكي بازوهاي نمونه و در مقطع آزمون، كرنش‌ها حداقل بوده و گراديان تنش به‌سمت مقطع آزمون در راستاي گوشه‌ها است. همبستگي بسيار خوبي بين نتايج شبيه‌ سازي و آزمايشگاهي براي موقعيت بروز شكست در مقطع آزمون، چگونگي شكست در آستانه و پس از آن، نيروهاي بازوها ديده شد.

In this paper, the fracture behavior of Al.5083-H321 alloy, under uniaxial and biaxial tension loadings, is experimentally and numerically investigated. For this purpose, Lionel-type cruciform specimens were prepared, using electrochemical techniques, for biaxial tension tests. Then, the specimens were gridded by electrochemical etching method. A dependent biaxial tension mechanism was fabricated using relatively high precision machining techniques. The mechanism was then installed on an INSTRON- 1343 uniaxial machine to perform biaxial tests. The tests were performed at ambient temperature and strain rate of 0.0003 sec-1. Ductile damage model in ABAQUS commercial code was used to numerically simulate the fracture behavior, during biaxial test. The experimental results show that fracture does not occur at the central zone of the specimen. Instead, the fracture initiates along the opposite-corners direction, in the test section of specimen. Furthermore, the strains are minimal near cruciform specimen arms and in the test section zone. Also, the gradient of stress is towards the test section and along the corners. In order to validate the numerical simulations, a comparison was made between experimental and numerical results of fracture initiation and development in the specimen, the location of fracture on the test section of cruciform specimen, and the force diagrams on the cruciform specimen arms. A very good correlation was observed between numerical and experimental results. This evidently shows that the simulation results are valid and can be used for predicting the fracture behavior of Al.5083-H321 alloy.