ارائه مدل ساختاري براي ورق فولاد زنگ نزن 304 با در نظر گرفتن اثر اندازه در مقياس ميكرو

A constitutive model for stainless steel 304 sheet considering size effect in micro-scale

رفتار تغييرشكل ماده در فرايندهاي ميكرو شكل ­دهي به علت وجود اثر اندازه متفاوت با مقياس ماكرو است. اثر اندازه در مقياس ميكرو به علت وجود دانه ­هاي محدود در ناحيه تغييرشكل اتفاق مي ­افتد و موجب مي­ شود تا رفتار ماده متاثر از ضخامت و اندازه دانه ورق شود. به همين علت، مدل­ هاي ساختاري متداول توانايي پيش ­بيني رفتار ماده در فرايندهاي ميكرو شكل­ دهي را ندارند. در اين مقاله، مدل ساختاري جديد بر اساس معادله سوئيفت و با در نظر گرفتن اثر اندازه در مقياس ميكرو براي توصيف رفتار كرنش-سختي ورق فولاد زنگ ­نزن 304 ارائه گرديد. ارزيابي منحني جريان نمونه­ هاي با اندازه دانه مختلف نشان داد كه پيش ­بيني تنش جريان ماده با مدل ساختاري جديد به خصوص در كرنش ­هاي بالا نسبت به مدل موجود بهبود مي يابد، به ­طوري كه ميانگين و بيشينه خطاي مدل جديد به ترتيب كم­تر از يك سوم و كم­تر از نصف خطاي مدل متداول است. شبيه­ سازي اجزاي محدود آزمون كشش ميكرو با بكارگيري مدل ساختاري جديد براي بررسي اثر اندازه روي رفتار تغييرشكل نمونه ­ها انجام شد. صحت مدل ساختاري جديد با مقايسه نتايج آزمون­ هاي تجربي و شبيه ­سازي اجزاي محدود ورق­ هاي با اندازه دانه مختلف مورد تاييد قرار گرفت. هم­ چنين، نتايج آزمون كشش نشان داد كه تخمين نيروي شكل ­دهي با استفاده از مدل جديد با دقت بالاتري نسبت به مدل­ هاي متداول و موجود براي ورق­ هاي با اندازه دانه مختلف و محدوده كرنش ­هاي بالا انجام مي ­شود.

The deformation behavior of the material in micro-forming processes is different from macro-scale due to the size effect. The size effect in micro-scale appears due to few grains in the deformation region and causes the material behavior to be affected by the thickness and grain size of the sheet. Because of this, conventional constitutive models are not suitable for predicting the material behavior in micro-forming processes. In this paper, a new constitutive model based on the Swift equation and considering size effect in micro-scale is presented to describe the strain-hardening behavior of the stainless steel 304 foil. Comparison of flow stress curves of specimens with different grain sizes showed that the prediction of material flow stress with the new constitutive model is improved compared to the existing model, especially at high strains, so that the average and maximum error of the new model is less than one-third and less than half of the conventional model error, respectively. Finite element simulation of the micro-tensile test was performed using the new constitutive model to investigate the size effect on the deformation behavior of the specimens. The new constitutive model was verified by comparing the results of experimental tests and finite element simulation of sheets with different grain sizes. Also, the results revealed that the estimation of the forming force using the new constitutive model is done with higher accuracy than the conventional and existing model for sheets with different grain sizes and high strain ranges.