مقايسه بين مدل‌هاي جانسون-كوك و PTW در شبيه‌سازي فرآيند اسپري سرد

A comparative study between Johnson-Cook and PTW models in simulation of cold spray process

اسپري سرد يك فرآيند نسبتا جديد است كه از آن براي پوشش دهي و ساخت قطعات جديد استفاده مي شود. مطالعات تجربي اين فرآيند هم بسيار هزينه بر و هم به دليل سرعت بسيار بالاي ذرات خيلي مشكل مي باشد. به همين دليل، استفاده از يك شبيه سازي با دقت مناسب براي اين فرآيند معقول به نظر مي رسد. با وجود ناتواني مدل جانسون-كوك در پيش بيني تنش سيلان در نرخ كرنش هاي بسيار بالاي معمول در اين فرآيند، مطالعات نشان مي دهد كه تمامي تحقيقات گذشته از اين مدل در شبيه سازي اين فرآيند استفاده كرده اند. بنابراين، انتظار مي رود كه با استفاده از يك مدل ماده مناسب تر براي نرخ كرنش هاي بسيار بالا بتوان شبيه سازي هاي گذشته را بهبود بخشيد. به همين دليل، در اين مقاله، ابتدا مدل PTW در نرم افزار آباكوس پياده سازي و سپس با استفاده از آن فرآيند اسپري سرد براي مس شبيه سازي شده است. مقايسه نتايج حاصل با نتايج حاصل از مدل جانسون-كوك و نتايج تجربي نشان داد كه مدل جانسون-كوك در نرخ كرنش هاي بالا حساسيت زيادي به تغييرات نرخ كرنش نداشته و به همين دليل جواب هاي قابل قبولي را پيش بيني نمي كند، ولي در مقابل مدل PTW انطباق بيشتري با نتايج آزمايشگاهي داشته و جواب هاي بهتري نسبت به مدل جانسون-كوك ارايه مي دهد.

Cold spray is a process which is used in coating industry and manufacturing of new parts. Experimental studies of this process are expensive and also very difficult due to high velocity of particles. Therefore, one effective method to study this process is its computer simulation. Previous works show that the Johnson-Cook hardening law has been usually used for simulation of this process. However, it is unanimously believed that this model is not able to reproduce the material behavior at extremely high strain rates commonly occurred in the cold spray process. Therefore, the simulation results are expected to improve if a suitable material model for extremely high strain rates is used. In this study, the PTW1 model was implemented in ABAQUS commercial finite element package. The cold spray process was then simulated for copper using both the PTW and Johnson-Cook hardening models. A comparison between the simulation and experimental results showed that the PTW model did improve the simulation results. The predicted flow stress by Johnson-Cook model was also shown to be not so sensitive to strain rate at extremely high strain rates.