تحليل تجربي و عددي انباشت كرنش پلاستيك در ورق آلياژ آلومينيوم2024-T3با ضخامت كم در بارگذاري كم چرخه

Experimental and numerical analysis of ratcheting in thin Aluminum alloy 2024-T3 plate in low cycle loading

انباشت كرنش پلاستيك در طول بارگذاري سيكلي يكي از دلايل وقوع واماندگي خستگي مي‌باشد. به منظور پيش‌بيني عمر خستگي ورق‌ها، ضروري است انباشت كرنش پلاستيك و همچنين عوامل موثر بر ميزان آن در طول بارگذاري‌هاي سيكلي به دقت محاسبه شود. در اين تحقيق با استفاده از تركيب معيار سخت‌شوندگي ايزوتروپيك غير‌خطي و سينماتيك غيرخطي شابوش اصلاح شده و افزودن آن به برنامه المان محدود تجاري آباكوس، با استفاده از زير برنامه نوشته شده در فرترن، ميزان انباشت كرنش در نمونه‌هاي ساخته شده از ورق نازك آلومينيومي مورد بررسي قرار گرفته است. در همين راستا، با انجام آزمايش‌هاي سيكلي تجربي با كنترل كرنش و همچنين آزمايش‌هاي سيكلي با كنترل تنش، ضرايب مورد نياز براي براي شبيه‌سازي رفتار سخت‌شوندگي آلياژ آلومينيوم 3T -2024 بدست آمده و انباشت كرنش پلاستيك براي حالت‌هاي مختلف بارگذاري تك محوره شبيه‌سازي شده است. مقايسه نتايج تجربي و نتايج پيش‌بيني شده نشان مي‌دهد كه در صورت تعيين بهينه مولفه‌هاي تركيب معيار سخت‌شوندگي ايزوتروپيك غيرخطي و سينماتيك غيرخطي شابوش اصلاح شده، اين مدل توانايي خوبي در پيش‌بيني نتايج تجربي دارد. همچنين نتايج نشان مي‌دهد كه افزايش دامنه تنش و همين طور تنش ميانگين، باعث افزايش ميزان انباشت كرنش مي‌شود. بررسي نتايج 4 حالت اعمال بار سيكلي نشان مي‌دهد كه ميزان نسبت تنش، تاثير مستقيم بر نرخ كرنش دارد و در حالتيكه بيشترين مقدار بار اعمالي سيكلي يكسان باشد، افزايش ميزان نسبت تنش باعث افزايش انباشت كرنش پلاستيك مي‌شود. همچنين نرخ رشد اوليه انباشتگي كرنش زياد بوده اما با افزايش تعداد سيكل‌ها اين مقدار كاهش مي‌يابد.

Accumulation of plastic strain during cyclic loading is one of the main reasons for fatigue failure. In order to predict the fatigue life of plates, it is necessary to calculate the accumulated plastic strain and the affecting parameters carefully. In this study, a combination of nonlinear isotropic and nonlinear kinematic hardening model (modified Choboche) was implemented in the commercial finite element code of ABAQUS, by using a FORTRAN subroutine to calculate the accumulation of strain in samples made from thin plates of aluminum. In this regard experimental, strain controlled and stress controlled cyclic tests were carried out, and the required coefficients for simulating the hardening behavior of aluminum alloy 2024-T3 were obtained and the accumulation of plastic strain was simulated at different uniaxial loading condition. The comparison of the experimental and the predicted results shows that, the determination of optimal coefficients for combined nonlinear isotropic and nonlinear kinematic hardening model (modified Choboche) has an adequate ability to predict the experimental results. The obtained results also show that, increasing stress amplitude and mean stress increase the strain accumulation. The results from 4 types of cyclic loading indicate that the stress ratio has a direct influence on the strain rate when the maximum applied cyclic load is kept the same, and an increase in stress ratio increases the accumulation of plastic strain. Moreover, the rate of strain accumulation at the first cycles is high while it is reduced by increasing the number of cycles.