مطالعه‌ي اجزاء محدود پلاستيسيته‌ي بلور رفتار گلويي ورق آلياژ آلومينيوم تحت اثر تنش ضخامتي

Crystal Plasticity Finite Element Study of Necking Behavior of Aluminum Alloy Sheet Subject to Thickness-Stress

اين مقاله به بررسي اثر تنش ضخامتي ورق بر شكل‌پذيري ورق آلياژ آلومينيوم با روش المان محدود پلاستيسيته بلور استفاده مي‌پردازد. يك رفتار خود-كارسخت‌شوندگي براي سيستم‌هاي لغزش درنظرگرفته شد. براي پيش‌بيني ايجاد و رشد گلويي، در آزمون كشش تك محوره از معيار بيشينه كرنش برشي براي شروع و تكامل آسيب در مدل رفتاري استفاده شد. براي به كارگيري مدل در ابكوس، يك زيربرنامه بر اساس معادلات ساختاري گسسته‌سازي شده و تكنيك انتگرال‌گيري اويلر پيشرو توسعه يافت. پس از صحت سنجي كد، پارامترهاي آن بر اساس نتايج آزمون كشش تك محوره كاليبره شد. براي شبيه سازي آزمون كشش ورق به ضخامت mm 1، حجم نماينده‌اي به ابعاد 3mm 0/5×1/5×3، با توسعه‌ي يك اسكريپت پايتون، به 14790 دانه تقسيم‌بندي و با المان‌هاي چهاروجهي با ابعاد μm 50 گسسته‌سازي شد. با استفاده از داده‌هاي تجربي موجود و در نظر گرفتن بافت مناسب براي ورق، جهت‌هاي بلوري با زواياي اويلر تعيين شد. آزمون كشش تك محوره با در نظر گرفتن فشار در راستاي ضخامت روي حجم نماينده انجام شد. نتايج نشان داد، در كشش تك محوره، با اعمال فشار، كرنش محوري لحظه‌ي گلويي رشد كرده، و در نتيجه، گلويي به تأخير افتاده، شكل‌پذيري بهبود مي‌يابد. همچنين، نيروي محوري مورد نياز براي شكل‌دهي كاهش مي‌يابد.

This paper investigates the effect of thickness stress on the formability of aluminum alloy metal sheets using crystal plasticity finite element analysis. A self-hardening behavior is considered for the slip systems. Further, for the prediction of necking initiation and growth, the maximum shear strain criterion is used for damage initiation and evolution. In order to implement the model in Abaqus finite element package, a VUMAT was developed based on the discretized equations and forward Euler integration scheme. After verification of the developed code, the parameters of the model were calibrated against the tensile test results. For simulating tensile test of 1 mm thick sheet, a representative volume of 3×1.5×0.5 mm3،was partitioned into 14790 grains through a python code in ABAQUS/CAE environment and then discretized using 50 μm tetrahedral linear elements. Using the experimental data available in the literature and considering appropriate texture for the simulation domain, the crystal orientations were assigned through Euler angles. Then, tensile tests were performed on the sample in the presence of the thickness pressure stress. The results show that application of the through thickness stress increases the strain corresponding to the necking initiation and thus postpones necking. Correspondingly, a decrease in tensile load is observed in this case