Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết này sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn dự đoán đường cong chảy của vật liệu khi kéo/nén tấm kim loại SS400. Phương pháp này dựa trên mô hình vật liệu biến cứng Voce’s cho việc xác định các tham số vật liệu trước khi đưa vào quá trình mô phỏng bằng phần mềm phần tử hữu hạn ABAQUS/ explicit 6.13.
DỰ ĐOÁN ĐƯỜNG CONG ỨNG SUẤT- BIẾN DẠNG CHO QUÁ TRÌNH KÉO/NÉN VẬT LIỆU TẤM SS400 BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Vương Gia Hải Khoa Điện – Cơ Email: haivg@dhhp.edu.vn Nguyễn Mạnh Hùng Khoa Công nghệ thông tin Email: hungnm@dhhp.edu.vn TÓM TẮT Bài báo sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn dự đoán đường cong chảy vật liệu kéo/nén kim loại SS400 Phương pháp dựa mơ hình vật liệu biến cứng Voce’s cho việc xác định tham số vật liệu trước đưa vào q trình mơ phần mềm phần tử hữu hạn ABAQUS/ explicit 6.13 Trước tiên, liệu thực nghiệm trình kéo/nén thực máy kéo/ nén đơn trục Hung Ta H-200kN Mơ hình Voce’s sử dụng để xác định tham số vật liệu cho q trình mơ dựa vào liệu thực nghiệm trước Việc so sánh kết mô thực nghiệm kéo/nén kim loại SS400 cho thấy phù hợp mơ hình. Từ khóa: Thử nghiệm kéo/nén, mơ hình vật liệu biến cứng, SS400, phần tử hữu hạn, ABAQUS PREDICTING STRESS-STRAIN CURVES FOR TENSION/COMPRESSION TENSILE TEST OF SS400 SHEET MATERIAL BY FINITE ELEMENT METHOD ABSTRACT This paper exploits the finite element method (FEM) to predict the stress-strain curves during tension/ compression testing of steel SS400 sheet material This method bases on the Voce’s model to determine the material parameters before inputting to the FEM simulation software, namely ABAQUS/explicit 6.13 The tension/compression tensile test was first performed by using Hung Ta H-200kN tensile test machine The Voce’s model was then used to determine material parameters for FEM simulation utilizing experimental data The comparison between the tension/compression experiment and simulation results of SS400 sheet material has shown the model’s suitability Keywords: Tension/compression test, hardening material models, SS400, FEM, ABAQUS. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, với cạnh tranh thị trường ngày lớn, xu hướng sản phẩm tạo hình gia cơng biến dạng từ thép ngày khó, với hình dạng tạo hình ngày phức tạp, nhiều cấu trúc thiết kế tự do, đòi hỏi độ xác cao nhiều loại vật liệu với giới hạn bền kéo tối đa cao hệ thuộc tính khả tạo hình thấp [1] Nhưng sản phẩm thường gặp số vấn đề như: vết nứt sớm, khả đàn hồi ngược cao, biến dạng mức phận, chất lượng cuối bề mặt bị hỏng Tất thay đổi kể tiền đề cần thiết cho q trình mơ số phát triển trở thành công cụ thiếu cho việc dự đốn tối ưu hóa tham số đầu vào khác vật liệu, hình học, cơng nghệ [1-3] Nhưng Tạp chí khoa học, Số , tháng 09 năm 2019 61 kết phân tích mơ số phải kiểm chứng việc so sánh với kết thực nghiệm Trong nghiên cứu Để dự đốn xác ứng xử vật liệu trình kéo nén vật liệu tấm, mơ hình Voce’s đề xuất kim loại SS400 vật liệu thép cán nóng dùng ngành ngành cơng nghiệp chế tạo khung vỏ ơtơ, đóng tầu Trước tiên, mẫu vật kéo SS400 cắt từ kim loại theo phương song song với hướng cán tiến hành thực thí nghiệm kéo đơn trục Để mơ tả liệu thử nghiệm thơng qua phương trình liên tục vật liệu, đường cong ứng suất biến dạng cứng hóa theo luật Voce’s [4] Các số vật liệu hàm chảy dẻo sau xác định thơng qua cơng cụ tính tốn Excel dựa liệu thí nghiệm phương pháp tương thích bình phương bé Phần mềm phân tích phần tử hữu hạn ABAQUS cuối sử dụng mô tả trình kéo/nén kim loại SS400, đưa dự đốn đường cong ứng suất-biến dạng dựa mơ hình biến cứng vật có phù hợp so với liệu thử kéo thực nghiệm MƠ HÌNH VẬT LIỆU Luật cứng hóa Voce’s [4] phương trình (1) biểu diễn đường cong ứng suất biến dạng sau: Với A B hệ số dẻo σ , ε eqpl σ Y ứng suất tương đương, biến dạng tương đương, giới hạn đàn hồi kéo tương ứng Vật liệu thiết lập thí nghiệm 2.1.1 Vật liệu Vật liệu sử dụng cho nghiên cứu thép SS400, theo tiêu chuẩn JISG 3101[7] có thành phần hóa học Bảng Bảng 1: Thành phần hóa học thép SS400 C 0.19 -0.21 Si Mn P TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG S Cr 0.05-0.17 0.4 – 0.6 0.04 0.05 ≤0.3 Các mẫu thử kéo gia công máy cắt dây CNC theo hướng cán thép dầy 6mm Sau cắt dây mẫu thử kéo xử lý qua giấy giáp Kích thước mẫu thử kéo theo tiêu chuẩn nhà nước TCVN 197-85(197-2000) [8], mẫu có kích thước hình dạng Hình (a) Hình (b) (c) tương ứng vật mẫu gia công sau xử lý bề mặt Hình Mẫu thử kéo thiết kế (a) gia công máy cắt dây (b) sau xử lý bề mặt (c) 62 (1) σ = σ Y + A(1 − exp(− Bε eqpl ) 2.1.2 Thiết lập thí nghiệm Các kết kéo/nén thu tự động Thí nghiệm kéo/nén đơn trục thực cách sử dụng máy kéo/nén đơn trục Hung Ta H-200kN Hình thơng qua phần mềm điều khiển máy Hình Cơ tính vật mẫu trình bày bảng Hình Máy kéo/nén đơn trục Hung Ta H-200kN (a), gá đặt mẫu thử kéo (b) Hình Đường cong ứng suất biến dạng thí nghiệm kéo vật mẫu SS400 Tạp chí khoa học, Số , tháng 09 năm 2019 63 Bảng Cơ tính vật liệu mẫu SS400 Hệ số modul đàn hồi (GPa) Giới hạn chảy (MPa) Hệ số possion’s Khối lượng riêng, ( ρ , kg/m3) Giới hạn chảy, ( σy σ , MPa) Giới hạn bền , ( b , MPa) 2.2 Xác định thông số vật liệu 213 348 0.3 7850 348 528 a) Khi mơ hình biến cứng Voce’s sử dụng để mô dự đốn đường cong ứng suất biến dạng qúa trình kéo/ nén đơn trục cần xác định thơng số σY, A, B phương trình (1) liệu đầu vào cho trình mơ Bằng việc sử dụng phương trình (1) kết hợp với liệu thí nghiệm hình tận dụng phương pháp bình phương bé phần mềm Excel xác định giá trị tương ứng σY, A, B 348 (MPa), 188.86 (MPa) 28.3293 b) MƠ PHỎNG DỰ ĐỐN ĐƯỜNG CONG KÉO-NÉN c) Để kiểm tra khả dự đốn đường cong ứng suất-biến dạng q trình kéo nén vật liệu SS400 mơ hình biến cứng Voce’s, liệu thu từ kết thí nghiệm tính tốn phần 2.12 2.2 lấy làm đầu vào cho q trình mơ số phương pháp phần tử hữu hạn qua phần mềm (ABAQUS/Explicit) Để thực mơ q trình kéo/ nén, bước thiết lập mô thực phần mềm ABAQUS Xây dựng mơ hình, gán đặc tính vật liệu, chia lưới phần tử, thiết lập chuyển động cho mơ hình mơ thể hình 64 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHỊNG (d) Hình Các bước thiết lập mơ trình kéo/nén, gán độ dầy (a), đặt thơng số tính tham số mơ hình Voce’s (b), chia lưới phần tử (c), gán chuyển động cho mơ hình (d) lệch thí nghiệm mơ vị trí lớn khoảng gần 3%, có vị trí gần trùng hai đường với KẾT LUẬN Hình Kết mô FE cho kiểm tra kéo/nén Ở đây, mơ hình vật mẫu kiểm tra kéo/ nén đơn trục mô phần tử lưới dạng vỏ (S4R) Kết mô kéo/nén vật mẫu thể Hình Đối với mơ hình biến cứng Voce’s thơng số đầu vào gồm có khối lượng riêng ρ , mô dun đàn hồi E vật liệu tham số vật liệu σY, A, B xác định từ phương trình (1) 348 (MPa), 188.86 (MPa) 28.3293 Đường cong ứng suất kéo-nén sau dự đốn thơng qua phần tử lưới mơ hình so sánh với liệu thực nghiệm Hình Bài báo đưa phương pháp phần tử hữu hạn để dự đoán đường cong ứng suất-biến dạng thép SS400, kết mô thực nghiệm tương đồng Đây tiền đề để áp dụng dự đốn xác tượng đàn hồi ngược sau tạo hình biến dạng dẻo SS400 trình gia cơng tạo hình chi tiết phức tạp, đặc biệt bù tối ưu hóa kích thước chày cối tạo hình sản phẩm có hình dạng chữ U V từ thép SS400 nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyen Duc-Toan, Kim Young-Suk, Jung Dong-Won (2012), Coupled Thermo-Mechanical FE Study to Improve Press Formability of a Camera shape for Magnesium Alloy Sheet AZ31B Metals and Materials International, 18(4), 583–595 Nguyễn Đức Tồn, Phạm Quốc Tuấn, Nguyễn Đình Thành (2014), Nâng cao chất lượng tạo hình uốn ống đồng sử dụng phân tích, mơ phương pháp phần tử hữu hạn Tạp chí khoa học cơng nghệ, 98, 29-33 Nguyen Duc-Toan, Banh Tien-Long (2012), NUMERICAL ANALYSIS TO DETERMINE DIE RADIUS AND BENDING ANGLE IN ROLL-BENDING PROCESS FOR SHEET MATERIAL JOURNAL OF SCIENCE & TECHNOLOGY (88), 84-89 E Voce, J Inst Met 74, 537-562, 1978 Hình Dự đốn cho đường cong ứng suất biến dạng sử dụng mơ hình biến cứng Voce’s Từ kết mơ dự đốn đường cong ứng suất kéo-nén sử dụng mơ hình Voce’s ta nhận thấy kết mô phù hợp với liệu thí nghiệm Sai P.J Amstrong, C.O Frederick (1966), A Mathematical Representation of the Multiaxial Bauschinger Effect G.E.G.B Report RD/B/N 731 J.L Chaboche (1986) Time independent constitutive theories for cyclic plasticity Int J Plast 2, 149-188 G Jis and G Jis JIS G3101 SS400 steel plate sheet for g eneral purpose structural steels p 86011881 M M.-T T P 1-2 TCVN 197: 2002 TCVN 197 Tạp chí khoa học, Số , tháng 09 năm 2019 65 ... Phần mềm phân tích phần tử hữu hạn ABAQUS cuối sử dụng mơ tả q trình kéo/nén kim loại SS400, đưa dự đoán đường cong ứng suất- biến dạng dựa mơ hình biến cứng vật có phù hợp so với liệu thử kéo thực... đưa phương pháp phần tử hữu hạn để dự đoán đường cong ứng suất- biến dạng thép SS400, kết mô thực nghiệm tương đồng Đây tiền đề để áp dụng dự đốn xác tượng đàn hồi ngược sau tạo hình biến dạng. .. bình phương bé phần mềm Excel xác định giá trị tương ứng σY, A, B 348 (MPa), 188.86 (MPa) 28.3293 b) MÔ PHỎNG DỰ ĐOÁN ĐƯỜNG CONG KÉO-NÉN c) Để kiểm tra khả dự đoán đường cong ứng suất- biến dạng trình