بررسی تغییر شکل ورق فلزی تحت شکل دهی الکتروهیدرولیکی با استفاده از مشاهدات تجربی و شبیه سازی عددی به روش هیدرودینامیک ذرات هموار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 دانشجوی دکترا، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

شکل­دهی الکتروهیدرولیکی یک فرایند شکل­دهی ورق فلزی با سرعت‌بالا است که در آن دو الکترود در محفظه­ای پر از آب قرار دارند و تخلیه الکتریکی با ولتاژ بالا بین آن‌ها، فشار بالائی جهت شکل دادن ورق ایجاد می­کند. در این تحقیق جهت بررسی رفتار تغییر شکل ورق برنجی در طی شکل­دهی الکتروهیدرولیکی، آزمایش­های تجربی گسترده­ای (تا 2/3 کیلوژول) انجام می­شود. برای توضیح جنبه­های مختلف تغییر شکل ورق، فرمولاسیون هیدرودینامیک ذرات هموار با روش اجزاء محدود در نرم­افزار ال‏اس­داینا کوپل و برای شبیه‏سازی مورد استفاده قرار می­گیرد. در این پژوهش جهت مدل کردن فرایند تخلیه الکتریکی دو رویکرد متفاوت استفاده می­گردد. در رویکرد نخست، انرژی تخلیه الکتریکی به جرم معادل از ماده منفجره تی­ان­تی تبدیل می­شود. در رویکرد دوم، فاصله بین الکترودها با یک کانال پلاسما جایگزین و انرژی تخلیه الکتریکی درون آن تزریق می­گردد. در انتها، تاریخچه تغییرشکل (تغییر مکان، سرعت، کرنش و نرخ کرنش) در نقاط مختلف ورق­ها ارائه می­شود. نتایج نشان می­دهد (در شرایط مورد استفاده در این پژوهش)، مقدار بیشینه سرعت و نرخ کرنش به ترتیب به 250 متر بر ثانیه و 3800 بر ثانیه می­رسد.

کلیدواژه‌ها


[1]  Lane T., Description of an Electrometer Invented by Mr. Lane; with an Account of Some Experiments Made by Him with It: In a Letter to Benjamin Franklin, LL. DFRS, Philosophical Transactions, Vol. 57, pp. 451-460, 1767.
[2]  Priestley J., Experiments on the Lateral Force of Electrical Explosions. By Joseph Priestley, L LDFRS, Philosophical Transactions, Vol. 59, pp. 57-62, 1769.
[3]  Early H., Dow W., Experimental Studies and Applications of Explosive Pressures Produced by Sparks in Confined Channels, in Proceeding of Winter Meeting, AIEE, January 10-14, 1953.
[4]  Yutkin L., Electrohydraulic Effect, Mashgiz, Moscow, 1955.
[5]  Bruno E., High-velocity forming of metals: American Society of Tool and Manufacturing Engineers, 1968.
[6]  Davies R., Austin E. R., Developments in high speed metal forming: Industrial Press, 1970.
[7]  Chachin V., Electrohydraulic treatment of structural materials, Minsk, Nauka i Texnika, 1978.
[8]  Kenneth F. S., Forming method and apparatus, US Patent No. 3394569, 1968.
[9]  Golovashchenko S. F., Electrohydraulic trimming, flanging, and hemming of blanks, US Patent No. 7810366, 2010.
[10]   Golovashchenko S. F., Pulsed electro-hydraulic calibration of stamped panels, US Patent No. 7827838, 2010.
[11]   Hasebe T., Takenaga Y., Kakimoto H., Imaida Y., High strain rate forming using an underwater shock wave focusing technique, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 85, No. 1, pp. 194-197, 1999.
[12]   Knyazyev M., Zhovnovatuk Y. S., Measurements of Pressure Fields with Multi-Point Membrane Gauges at Electrohydraulic Forming, in Proceeding of 4th International Conference on High Speed Forming, Ohio, USA, March 9-10,  2010.
[13]   Knyazyev M., Perez I., San José J., Zhovnovatyuk Y., Pressure Fields Repeatability at Electrohydraulic Pulse Loading in Discharge Chamber with Single Electrode Pair, in Proceeding of 5th International Conference on High Speed Forming, Dortmund, Germany, April 24-26, 2012.
[14]   Golovashchenko S. F., Gillard A. J., Mamutov A. V., Formability of dual phase steels in electrohydraulic forming, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 213, No. 7, pp. 1191-1212, 2013.
[15]   Samei J., Green D. E., Golovashchenko S., Hassannejadasl A., Quantitative Microstructural Analysis of Formability Enhancement in Dual Phase Steels Subject to Electrohydraulic Forming, Journal of materials engineering and performance, Vol. 22, No. 7, pp. 2080-2088, 2013.
[16]   Farzin M., Montazerolghaem H., Manufacture of thin miniature parts using electro hydraulic forming and viscouse pressure forming methods, Archives of metallurgy and materials, Vol. 54, No. 2, pp. 535-547, 2009.
[17]   Hajializadeh F., Mashhadi M. M., Investigation and numerical analysis of impulsive hydroforming of aluminum 6061-T6 tube, Journal of Manufacturing Processes, Vol. 20, pp. 257-273, 2015.
[18]   فضلی ع. و حسینی س. م، بررسی اثر موقعیت الکترودها بر روی شکل‏پذیری و توزیع ضخامت ورق­های فلزی در روش شکل­دهی الکتروهیدرولیک آزاد، مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس، د. 15، ش. 11، ص 318-311، 1394.
[19]   Gingold R. A., MonaghaJ. J. n, Smoothed particle hydrodynamics: theory and application to non-spherical stars, Monthly notices of the royal astronomical society, Vol. 181, No. 3, pp. 375-389, 1977.
[20]   Lucy L. B., A numerical approach to the testing of the fission hypothesis, The astronomical journal, Vol. 82, pp. 1013-1024, 1977.
[21]   Liu M., Liu G., Lam K., Zong Z., Smoothed particle hydrodynamics for numerical simulation of underwater explosion, Computational Mechanics, Vol. 30, No. 2, pp. 106-118, 2003.
[22]   Limido J., Espinosa C., Salaün M., Lacome J. L., SPH method applied to high speed cutting modelling, International journal of mechanical sciences, Vol. 49, No. 7, pp. 898-908, 2007.
[23]   Cleary P., Prakash M., Ha J., Novel applications of smoothed particle hydrodynamics (SPH) in metal forming, Journal of materials processing technology, Vol. 177, No. 1, pp. 41-48, 2006.
[24]   Shahverdi H., Zohoor M., Mousavi S. M., Numerical simulation of abrasive water jet cutting process using the SPH and ALE methods, International Journal of Advanced Design and Manufacturing Technology, Vol. 5, No. 1, pp. 43, 2011.
[25]    Bhojwani S., Smoothed particle hydrodynamics modeling of the friction stir welding process: ProQuest, 2007.
[26]   Liu, G. R., Liu, M. B., Smoothed particle hydrodynamics - a meshfree particle method. World Scientific Publishing, Singapore, 2003.
[27]   Hallquist J. O., LS-DYNA theory manual, Livermore software Technology corporation, Vol. 3, pp. 25-31, 2006.
[28]   McGrath J. R., Scaling underwater exploding wires, Journal of Applied Physics, Vol. 37, No. 12, pp. 4439-4443, 1966.
[29]   Cole R. H., Weller R., Underwater explosions, Physics Today, Vol. 1, pp. 35, 1948.
[30]   Dobratz BM. LLNL explosive handbook. UCRL-52997. Livermore, CA: LawrenceLivermore National Laboratory; 1981.
[31]   Kaklyugin A., Norman G., Electrical conductivity of a non-Debye plasma, Institute of High Temperatures, Academy of Sciences of the USSR, 1973.
[32]   Naugolnykh K. A., Roii N., Electrical discharges in water. A hydrodynamic description, DTIC Document,  1974.
[33]   Jin, X., Altintas, Y., Slip-line field model of micro-cutting process with roundtool edge effect. Journal of Materials Processing Technology, Vol. 211, pp.339–355, 2011.
[34]   Steinberg DJ. Spherical explosions and the equation of state of water. Report UCID-20974, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA; 1987.
[35]   Bjørnø L., Levin P., Underwater explosion research using small amounts of chemical explosives, Ultrasonics, Vol. 14, No. 6, pp. 263-267, 1976.