مطالعه فرايند شكل‌دهي الكتروهيدروليكي با استفاده از مشاهدات تجربي و شبيه‌سازي عددي به روش لاگرانژي- اويلري انتخابي

Study of electrohydraulic forming process by using experimental observations and numerical simulation with ALE method

شكل‌ دهي الكترو هيدروليكي يك فرايند شكل‌دهي ورق فلزي با سرعت بالا مي‌باشد كه در آن دو (يا تعداد بيشتر) الكترود در محفظه‌اي پر از آب قرار دارند و تخليه الكتريكي ولتاژ بالا بين آنها، فشار بالائي جهت شكل‌دادن ورق ايجاد مي‌كند. در اين تحقيق جهت بررسي اثر پارامترهاي مختلف (از جمله انرژي تخليه، فاصله الكترودها از ورق و فاصله الكترودها از هم) بر روي عمق كشش حداكثر و (بطور ضمني) فشار بيشينه موج شوك، آزمايش‌هاي تجربي گسترده‌اي انجام شد. شكل‌دهي الكتروهيدروليكي يك پديده پيچيده مي‌باشد و آزمايش‌هاي تجربي به تنهائي براي درك مناسب اين فرايند، كافي نيست. براي توضيح جنبه‌هاي مختلف اين موضوع از كوپل فرمولاسيون لاگرانژي- اويلري انتخابي با الگوريتم اندركنش سيال و سازه كه در نرم‌افزار ال‌اس‌داينا در دسترس است جهت شبيه‌سازي عددي آن استفاده شده است. جهت مدل كردن اثر تخليه الكتريكي دو رويكرد متفاوت مورد استفاده قرار گرفته است: جرم معادل ماده منفجره و تزريق انرژي. در رويكرد نخست، بهليل شباهت پديده انفجار و تخليه الكتريكي در آب، انرژي تخليه الكتريكي به جرم معادل از ماده منفجره تي‌ان‌تي تبديل شده است. در رويكرد دوم، فاصله بين الكترودها با يك كانال پلاسما جايگزين و انرژي تخليه الكتريكي در يك زمان كوتاه درون آن ترزيق شده است كه همين امر منجر به انبساط كانال و ايجاد موج شوك به سمت قطعه‌كار گرديد. در نهايت، تطابق خوبي ميان نتايج تجربي و شبيه‌سازي حاصل گرديد.

Electrohydraulic forming (EHF) is a high velocity sheet metal forming process in which two or more electrodes are positioned in a water filled chamber and a high-voltage discharge between the electrodes generates a high-pressure to form the sheet. In this study extensive experimental tests were carried out to investigate the effect of different parameters (such as discharge energy, stand off distance and electrodes gap) on the maximum drawing depth and implicit on shock wave maximal pressure in electrohydraulic free forming. EHF is a complex phenomenon and experimental work alone is not sufficient to properly understand this process. To explain different aspects of the problem, Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) formulations coupled with fluid–structure interaction (FSI) algorithms that are available in the advanced finite element code LS-DYNA were used for the numerical simulation. In order to model the effect of the electrical discharge, two different approaches were implemented; explosive equivalent mass and energy leak. In the first approach, according to the similarity between explosion and electrical discharge in the water, electrical discharge energy was converted to equivalent TNT mass. In the second approach electrodes gap is replaced by a plasma channel and electrical discharge energy was leaked to it in a short amount of time which makes the channel expand and generate shock waves propagating toward the workpiece. Finally, a good correlation was observed between the experimental and simulation results.