تولید قطعات با اشکال پیچیده و با استحکام بالا موجب شده است تا روش هیدروفرمینگ به طور گسترده مورد توجه محققان قرار بگیرد. با توجه به کاربردهای گسترده روش هیدروفرمینگ این روش از جمله روش های پیچیده شکل دهی به شمار می رود و طراحی دقیق قطعات مستلزم تنظیم پارامترهای بسیاری است. از جمله این پارامترها، تنظیم شرایط بارگذاری است که از آن به عنوان طراحی مسیرهای بارگذاری تعبیر می شود. در این رساله بهینه سازی مسیرهای بارگذاری برای فرآیندهای هیدروفرمینگ مختلف مورد بررسی قرار گرفته شده است. با توجه به این که در فرآیند هیدروفرمینگ ارتباط صریح ریاضی میان معیارهای شکل پذیری و متغیرهای بارگذاری وجود ندارد بنابراین نمی توان طراحی دقیقی برای مسیرهای بارگذاری انجام داد و از طرفی طراحی با استفاده از روش سعی و خطا مستلزم صرف وقت، انرژی و هزینه بالائی است. لذا در این رساله به منظور انتخاب مهمترین وضعیت های طراحی از روش طراحی آزمایش ها (doe) استفاده شده است. طراحی مسیرهای بارگذاری در هیدروفرمینگ اتصالات t-، x- و y-شکل مطالعه گردید در هر یک از فرآیندها برای تخمین شکل پذیری لوله معیارهای مناسب شکل دهی انتخاب شد و به منظور ارزیابی این معیارهای شکل پذیری نسبت به متغیرهای بارگذاری از تحلیل اجزا محدود با استفاده از نرم افزار abaqus/explicit6.7 استفاده شده است. برای اهداف بهینه-سازی لازم است تا یک رابطه ریاضی میان معیارهای شکل پذیری و متغیرهای بارگذاری وجود داشته باشد لذا برای این منظور از تحلیل رگرسیون بر روی جدول متغیرهای ورودی و خروجی استفاده شده است. صحت و معنی دار بودن مدل های ریاضی حاصل از تحلیل رگرسیون با استفاده از تحلیل واریانس بررسی گردید و بهترین مدل بر مبنای معیارهای مختلف و بر اساس شایستگی بیشتر انتخاب گردید و چگونگی تاثیر هر یک از متغیرهای بارگذاری بر روی تغییر شکل لوله نیز مطالعه شد. به منظور بهینه سازی متغیرهای بارگذاری و طراحی مسیرهای بهینه از الگوریتم تبرید تدریجی بهره گرفته شده است. نتایج حاصل از اعمال مسیرهای بارگذاری بهینه با نتایج آزمایشگاهی موجود توانائی روش ارائه شده برای طراحی مسیرهای بارگذاری در فرآیند هیدروفرمینگ را تائید نمود.

امروزه کامپوزیت های لایه ای فلزی- الیافی fml به دلیل دارا بودن خواص مکانیکی خوب و وزن کم بسیار مورد توجه طراحان، به ویژه صنایع هوافضا قرار گرفته است. کامپوزیت های fml خواص بهتری نسبت به هر دو آلیاژ آلومینیوم و مواد کامپوزیتی از خود نشان می دهد. در این پژوهش، خواص خمشی این کامپوزیت ها مورد بررسی عددی- تجربی قرار گرفته است. از آنجایی که این چندلایه ها دارای قابلیت فرم دهی محدود می باشند و فایبرها flexable (فلیکسبل) می باشند، از این رو در آنها برگشت فنری بیشتری در مقایسه با ورق های یکپارچه فلزی ایجاد می گردد که نوعی عیب محسوب می شود. در روش تجربی و به منظور کمینه کردن برگشت فنری نمونه هایی با زاویه الیاف، تعداد لایه ها و ضخامت های متفاوت از هم، به روش لایه گذاری دستی ساخته شد و مورد آزمایش خمش قرار گرفت. از طرفی تست خمشu وv انجام شده به روش طراحی آزمایش تاگوچی بهینه شد و تأثیر پارامترهایی همچون (شعاع قالب، سرعت پانچ و فشار وارد بر ورق) نیز برروی برگشت فنری کامپوزیت فلز- الیاف شیشه بررسی گردید. نتایج آزمایشات نشان داد در شرایط بهینه ی آزمایش زمانی که فایبرها موازی با خط خمش باشند اجزای فلزی کمترین شعاع خمش و زاویه برگشت فنری را خواهند داشت. از آنجایی که رویکرد دیگر این پژوهش کاهش هزینه ها در طراحی است، لذا نتایج تجربی این پژوهش با داده های عددی بدست آمده از روش المان محدود مقایسه گردید.

چکیده تولید قطعه ای با شکل مطلوب و عاری از هر نوع واماندگی، هدف نهایی در فرآیند های شکل دهی ورق است. نمودارهای حد شکل دهی fld سنجش متعارفی برای برآورد قابلیت فرآیند در نیل به این هدف می باشد. روش های تجربی یا پیدا کردن مستقیم fld، مشتمل بر مطالعات انجام شده توسط nakazima، hasek و marciniak است. چند رویکرد تئوری تعیین fld، نظیرگلویی پخشی swift، گلویی موضعی hill که واماندگی را صرفا در سمت چپ پیشگویی می کند و روش marciniak– kuczynski (یا (m-k قابل ذکر می باشند. روش m-k، الگوی ریاضی با فرض نقصی از قبل موجود را در ورق با ابعاد نامحدود در نظر می گیرد. hutchinson- neale با ارایه جزئیات تحلیل فرض عدم یکنواختی اولیه تمام fld را پیشگویی کردند. علاوه بر این، storen-rice تحلیل دو شاخه ای ناشی از راس تیز ایجاد شده بر مکان های تسلیم متوالی مبتنی بر الگوی ساختاری تئوری j2 را برای پیشگویی هر دو طرف fld بکار بردند. بنا بر نظر ایشان، در ورق های تحت کشش دو محوری توسعه یک راس بر مکان تسلیم، سبب هجوم گلویی موضعی می شود. سمت چپ fld پیشگویی شده توسط s-r مغایرت قابل توجه ای با نتایج تجربی دارد. علاوه بر این روش های صرف تئوری، با بکار گیری تلفیقی از روش های تئوری و تجربی با روش های عددی برای پیشگویی fld بکار برده شده اند. در این پایان نامه، با بررسی مجدد تحلیل دو شاخه ای شدن مبتنی بر رویه s-r و با معادلات ساختاری مواد مشابه با آن، معادلات پیشگویی fld بطور قابل ملاحظه ای بهبود داده شده است. با حفظ کلیت رویه، منحنی کرنش های حدی بدست آمده نه تنها مغایرت نتایج s-r را برطرف می کند بلکه نتایج ساده شده zhu و همکاران را هم بهبود می بخشد. نتایج بدست آمده نشان می دهند که در سمت چپ flds سوی گلویی موضعی لزوما منطبق بر امتداد ازدیاد طول صفر hill نمی باشد. به علاوه برای ورق فلزی با اتخاذ شرایط ساختاری: ناهمسان گردی قائم - تابع تسلیم hill 48 - رابطه تنش کرنش با تابع نمایی - سخت شوندگی همسان گرد و تئوری تغییر شکل پلاستیک، معادله صریح کرنش های حدی مبتنی بر تحلیل دو شاخه ای شدن، استنتاج گردیده است. مکان flcs در مقایسه با مواد همسان گرد وقتی که ضریب نا همسان گردی کاهش می یابد به سمت بالا جابجا می شوند و بالعکس. بین این نتایج و کار chow و همکاران مقایسه ای انجام و جزئیات مورد بحث قرار گرفته است. همچنین با در نظر گرفتن ناهمسان گردی (در بر دارنده تمام ضرایب lankford) به همراه دیگر شرایط ساختاری قبلی، معادلات تعادل راس تیز شده بر مکان های تسلیم متوالی حل شده اند. روابط منتجه در نرم افزاری برای پیشگویی fld توسعه داده شده است. برای همین روابط ساختاری، معادلات کرنش های حدی گلویی پخشی swift هم بدست آمده اند. افزون بر این، اثرات ضرایب ناهمسان گردی هم بر fld بررسی شده اند. نتایج حاصل با داده های مربوط به m-k و معیار شکست نرم منتشر شده در نوشتارها مقایسه شده اند. همچنین، نمودارهای حد شکل دهی مبتنی بر تنش flsd مستقل از مسیر هم بدست آورده شدند. flsds ارایه شده تطابق خوبی با نتایج تجربی در مقایسه با دیگر روش ها از خود نشان می دهند. یک نمونه زیربرنامه مجزا macro در برنامه apdl شبیه سازی اجزاء محدود به منظور آشکار سازی گلویی نوشته شده است. این برنامه در مورد باد گردگی آزاد لوله در شکل دهی به روش هیدروفرمینگ بکار گرفته شده است تا تاییدی بر اهمیت سهولت و سادگی کار برد این flsds.حاصل از این پایان نامه باشد.

چکیده رساله: در این رساله به تحلیل رفتار غیرخطی صفحات گرد متقارن و نامتقارن محوری هدفمند و همچنین صفحات تقویت شده هدفمند که تحت بارهای مکانیکی و حرارتی قرار دارند، پرداخته شده است. علاوه بر این رفتار غیرخطی دیسک های دوار هدفمند تحت بار یکنواخت فشاری که کسر حجمی آنها در راستای شعاعی تغییر می کند نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در استخراج معادلات حاکم از تئوری های کلاسیک، برشی مرتبه اول و برشی مرتبه سوم صفحات و تئوری ون-کارمن برای تغییر شکل های بزرگ استفاده شده است. برای حل معادلات غیرخطی حاکم بر تغییر شکل های بزرگ صفحات از ترکیب روش های رهایی پویا و جداسازی اختلاف محدود استفاده شده است. نتایج بدست آمده از تحلیل ها در فصل های مختلف این رساله با مقادیر گزارش شده توسط روشهای مختلف عددی و تحلیلی دیگر محققین موردمقایسه قرار گرفته است و تطابق خوب بین نتایج حاکی از صحت و دقت تحلیل عددی انجام گرفته می باشد. پس از حل مسائل مختلف گفته شده به منظور مطالعه پارامتری اثر عوامل گوناگونی همچون نوع تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول و سوم، مدل توزیع مواد، تغییرات ضریب پواسون در راستای تغییرات خواص مواد، گرادیان حرارتی، وابستگی خواص مواد به دما، تغییرات ضخامت صفحه، زاویه قطاع و نقش تقویت کننده بر روی تغییر شکل های بزرگ صفحات هدفمند مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

چکیده ندارد.

چند لایه های فلز- کامپوزیتی ( fiber-metal laminate) از لایه های فلز و مواد کامپوزیتی شامل فیبر های تقویت کننده تشکیل شده اند. کاربردهای زیاد کشش عمیق ورق های چندلایه ای، از جمله ساخت قطعاتی که نیاز به متفاوت بودن شرایط محیطی داخل و خارج دارند، صنایع هوافضا، و مخازن تحت فشار چندلایه ای، اهمیت تحقیق روی کشش عمیق این مواد را نشان می دهد. در این پژوهش ابتدا نحوه تولید دو نوع از چند لایه های فلز-کامپوزیتی گرمانرم، با پایه پلی پروپیلن خود تقویت شده و تقویت شده با الیاف شیشه، آمده است. تولید این چند لایه ها مستلزم ساخت یک قالب گرم تحت فشار برای تهیه فلز-کامپوزیت ها و لایه کامپوزیتی هسته آنها می باشد. در ادامه برای انجام فرآیند کشش عمیق روی این مواد نیاز به داشتن یک پرس هیدرولیکی با امکان اندازه گیری نیرو و جابه جایی فرآیند وجود داشته که با نصب سنسورهای اندازه گیری نیرو و جابجایی و اتصال آنها توسط کارت جمع آوری اطلاعات به یک کامپیوتر، پرس هیدرولیکی عملا به یک ماشین (sheet tester) تبدیل شده است. پارامترهای زیادی در کشش عمیق ورق های فلز-کامپوزیتی موثر می باشند که برای بررسی هدفمند این پارامترها و کاهش تعداد آزمایش ها از روش طراحی آزمایش های تاگوچی استفاده شده است. به منظور مقایسه نتایج، آزمایش ها علاوه بر دو نوع فلز-کامپوزیت ساخته شده، روی نمونه های آلومینیومی نیز انجام شده اند. نتایج آزمایش های انجام شده روی چند لایه های فلز-کامپوزیتی و نمونه های آلومینیومی شامل تعداد و ارتفاع چروک های ایجاد شده و ماکزیمم نیروی شکل دهی که از نمودار نیرو-جابجایی بدست آمده است، توسط نرم افزار minitab تحلیل و در ادامه آمده است. شبیه سازی فرآیند کشش عمیق فلز-کامپوزیت ها بخش دیگر پایان نامه بوده است که برای انجام آن ابتدا خواص و ثابت های مهندسی فلز و کامپوزیت مورد استفاده توسط آزمون های استاندارد کشش و خمش سه نقطه ای تعیین شده و در ادامه نمودار نیرو-جابجایی کشش عمیق این مواد توسط دو روش standard و explicit در نرم افزار abaqus بدست آمده و با نمودار نیرو-جابجایی بدست آمده از سیستم اندازه گیری نصب شده روی پرس مقایسه شده است. رفتار فلز-کامپوزیت ها در فرآیند کشش عمیق نشان داد که اثر اکثر پارامترهای فرآیند از جمله نیروی ورق گیر روی میزان چروکیدگی و نیروی شکل دهی تا حد زیادی مشابه رفتار فلزات می باشد. دما تنها پارامتری بود که اثر آن تفاوت قابل ملاحظه ای با فلزات داشت، زیرا با توجه به نتایج آزمایش ها، فلز-کامپوزیت ها حساسیت بیشتری نسبت به دما در مقایسه با فلزات از خود نشان دادند.

شکل دهی ورق به صورت سنتی نیاز به قالب های مخصوص و گران قیمت دارد، قالب های مثبت و منفی (نرومادگی) که هر طرف قالب به یک طرف شکل محصول مورد نظر شباهت دارد. صنعتگران حتی برای تولید نمونه اولیه و آزمایشی قطعه صنعتی، مجبور به ساخت این قالبها می شوند.کارخانجات صنعتی اخیراً کوشش می کنند تا قابلیت انعطاف پذیری بیشتری را در شکل دهی ورق داشته و پاسخگوی نیاز مشتری باشند. این کوششها روند شکل دهی را به سمت روش های جدید شکل دهی، که انعطاف پذیری بیشتری نسبت به روش های سنتی دارند، کشاند. یکی از این روش ها، روش شکل دهی نموی تک نقطه ای ورق (spif) است، که قطعه بدون نیاز به قالب اختصاصی شکل دهی می شود. این روش برای شکل دهی هر دو نوع قطعات متقارن و نا متقارن کاربرد دارد، که قطعه تنها با استفاده از یک ماشین فرز cnc ویک ابزار ساده سر کروی شکل دهی می شود. مزیت این روش توانایی ساخت نمونه اولیه قطعات و یا تولید قطعات در دسته های کوچک و زمان کم می باشد. قابلیت شکل دهی با استفاده از این روش برمبنای پارامترهای مختلف شکل دهی است که این پارامترها در طول طراحی فرآیند تعریف می شوند. در این پروژه چهار پارامتر زاویه طراحی، پیشروی عمودی، قطر ابزار و ضخامت ورق در نظر گرفته شده و اثر این پارامتر ها بر روی قابلیت شکل پذیری ورق مورد استفاده در صنایع هوایی از جمله al1200 و al2024، با استفاده از نمودار های نیرو و نازک شدگی ورق که به وسیله آزمایشات تجربی و شبیه سازی فرآیند با استفاده از نرم افزار abaqusبدست آمده، مورد بررسی قرار می گیرد.

کشش عمیق یکی از پرکاربردترین فرآیندهای شکل دادن ورق های فلزی است که کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف مانند اتومبیل سازی، هوا و فضا، پتروشیمی و داروسازی دارد. کیفیت قطعات تولیدی در این روش به عوامل متعددی مانند خواص ماده، هندسه قالب و پارامترهای تنظیمی فرآیند بستگی دارد. تنظیم نامناسب هر یک از این پارامترها باعث ایجاد عیوب مختلفی از جمله نازک شدگی، پارگی و چروکیدگی خواهد شد. هدف از این تحقیق مدل سازی آماری و بهینه سازی فرآیند کشش عمیق است تا بر اساس آن بتوان نوع و میزان تاثیر پارامترهای فرآیند و همچنین مقادیر بهینه آنها را تعیین نمود. متغیرهای مورد مطالعه شامل شعاع لبه سنبه و ماتریس، نیروی ورق گیر و شرایط اصطکاکی بین ورق و اجزای قالب می باشند. در مقابل چروکیدگی و نازک شدگی به عنوان دو مشخصه مهم خروجی فرآیند در نظر گرفته شده اند. در گام نخست، فرآیند کشش عمیق برای ورق های فولادی ضد زنگ 304 (sus304)با استفاده از روش اجزای محدود مدل سازی شده است. برای اطمینان از مدل شبیه سازی شده، نتایج آن در مقابل داده های آزمایشات عملی مقایسه گردیده است. پس از صحه گذاری مدل اجزای محدود، براساس رویکرد طراحی آزمایشات به روش دترمینان بهینه، آزمایشات مورد نظر با استفاده از مدل اجزای محدود انجام و داده های مورد نیاز گردآوری شده است. در گام بعدی، با استفاده از داده های جمع آوری شده مدل سازی شبکه عصبی مصنوعی برای هر یک از خروجی های فرآیند انجام گردیده است. نتایج حاصل از مدل های پیشنهادی شبکه عصبی مبین دقت و سرعت بالای آنها در پیش بینی خروجی های فرآیند کشش عمیق است. بنابراین نیازی به استفاده از مدل اجزاء محدود یا انجام آزمایشات عملی برای سایر مراحل تحقیق نخواهد بود. در مرحله نهایی این پژوهش، مدل های شبکه عصبی در فرآیند بهینه سازی توسط الگوریتم فراابتکاری تبرید تدریجی مورد استفاده قرارگرفته اند تا مقادیر بهینه متغیرهای فرآیند تعیین شوند. نتایج بهینه سازی نشان می دهد که، ضمن حفظ مشخصات هندسی قطعه و حذف کامل چروکیدگی، میزان نازک شدگی قطعه را می توان بنحو قابل ملاحظه ای کاهش داد.

شکلدهی ورقها یکی از رایج ترین و مهمترین فرآیندهایی است که در آن، ماده به صورت پلاستیک تغییر شکل یافته و به شکل مطلوب درخواهد آمد. در شکلدهی ورقها، تولید محصولات کم ضخامت از اهمیت فراوانی برخوردار میباشد و این اهمیت، روز به روز در حال زیاد شدن است؛ از آنجایی که تمایل تقاضا به سوی ظریف تر کردن وسایل و کاهش وزن قطعات میباشد، اهمیت فرآیند کشش عمیق نیز به وضوح آشکار میگردد. در فرآیند کشش عمیق، کیفیت قطعات شکل یافته تا حد قابل توجهی متاثر از مقدار فلز سیلان یافته به درون قالب میباشد. در مقالات متعدد اینگونه گزارش شده است که قابلیت شکل پذیری قطعات به طور عمده ای وابسته به ضخامت ورق است؛ به عبارت دیگر، اگر ضخامت ورق کاهش یابد، قابلیت شکل پذیری آن نیز کاهش خواهد یافت. در این فرآیند، جریان فلز بیش از حد باعث به وجود آمدن چین و چروک خواهد شد در حالیکه سیلان کم ماده باعث پارگی ورق میگردد. در فرآیندهای شکلدهی ورقها و مخصوصاً کشش عمیق، نگهدارنده ی ورق نقش بسیار کلیدی را در تنظیم سیلان ماده ایفا میکند. در این فرآیند، دو روش اساسی به منظور مقید کردن ورق استفاده میگردد، یکی مقید کردن ورق با استفاده از نیرو و دیگری مقید کردن به کمک فاصله ی نگهدارنده. سیستمهای نگهدارنده با فاصله، در قیاس با سیستمهای نگهدارنده با نیروی ثابت و حتی متغیر از نظر کارایی بازدهی بسیار بالاتری دارند؛ لذا تمرکز بروی این سیستمها میتواند دستاوردهای قابل توجهی را به همراه داشته باشد. در اکثر سیستمهای نگهدارنده با فاصله، فاصله ی نگهدارنده از ورق ثابت فرض شده و با استفاده از انجام آزمایشات این فاصله ی ثابت، بهینه گردیده است. این در حالیست که در نگهدارنده با فاصله ی ثابت، نیروی عکس العمل نگهدارنده نیز دامنه ای ثابت (یعنی تغییر نیروی عکس العمل نگهدارنده در یک بازه ی ثابت است) را به همراه خواهد داشت. بنابراین، تغییر فاصله ی نگهدارنده در طول حرکت پانچ (تغییر دامنه ی نیروی عکس العمل نگهدارنده) میتواند تا حدقابل ملاحظه ای کیفیت قطعات شکل داده شده را بهبود بخشد. در این تحقیق، اثر نگهدارنده با فاصله ی متغیر (پروفیل حرکت نگهدارنده) بروی کیفیت قطعات و توزیع ضخامت، با استفاده از روش المان محدود و انجام آزمایشات مورد بررسی قرار خواهد گرفت و در ادامه، دو روش به منظور تعیین بهترین حالت پروفیل حرکت نگهدارنده ارائه خواهد شد.

در سال های اخیر استفاده و شکل دهی ورق های چند لایه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از جمله مزایای این ورق ها می توان به دستیابی استحکام مکانیکی بالا همراه با انعطاف پذیری خوب، افزایش میرایی صوت و ارتعاش، تحمل ضربه و خستگی، مقاومت در برابر خوردگی، کاهش برگشت فنری و چین خوردگی، توزیع یکنواخت دما و در نهایت کاهش وزن و هزینه قطعات اشاره کرد. شکل پذیری ورق-های چند لایه فلزی با رسیدن به ناپایداری پلاستیک و گلویی شدن موضعی محدود می گردد. این محدودیت در فضای کرنش با نمودارهای حد شکل پذیری (fld) نشان داده می شوند. در بررسی عددی شکل پذیری ورق های چند لایه، از روش لایه های جدا از هم استفاده شده و پارامترهای مکانیکی هر ورق به صورت جداگانه در این روش دیده می شوند. برای تشخیص گلویی شدن از کرنش در راستای ضخامت در برابر زمان، مشتق اول و دوم کرنش نسبت به زمان در نازک ترین المان استفاده گردیده است. مقایسه نتایج تجربی و عددی حاکی از دقت مناسب روش عددی لایه های جدا از هم در پیش بینی منحنی های حد شکل پذیری ورق های چند لایه می باشد.

فرآیندهای شکل دهی ورق از جمله فرآیند‎های پرکاربرد در صنعت است. از جمله این فرآیندها، فرآیند اسپینینگ می‎باشد که امروزه بخاطر لزوم تولید قطعات پیچیده با تقارن محوری، مورد توجه صنعتگران است. این فرآیند کاربرد گسترده ای در صنایع مختلفی چون نفت و گاز، هوا و فضا، خودرو، کلاهک موشک ها و مخازن دارد. از این رو، شناخت پارامترهای تأثیرگذار بر این فرآیند و بهینه‎سازی آن، از جمله موارد مهم در جهت هر چه اقتصادی کردن این روش و رسیدن به محصول نهائی با کیفیت مطلوب می‎باشد. ولی بخاطر پیچیدگی روابط و مکانیزم تغییر‎شکل در این فرآیند، امکان ارائه حل های تحلیلی دقیق وجود ندارد و اکثر نتایج موجود، محدود به آزمایشات تجربی است. در سال های اخیر با پیشرفت‎های انجام شده در زمینه کامپیوتر و ساخت کامپیوترهای شخصی با سرعت و توانایی های بسیار بالا و قیمت های مناسب روش های عددی برای بررسی این گونه فرآیندهای بسیار رایج شده است. نرم افزارهایی که در این زمینه موجود می باشند امکان مدل سازی انواع برخوردها، حرکت‎های دورانی و خطی و تغییر شکل های بزرگ، مواد مختلف و امکانات بسیار زیاد دیگری را در اختیار کاربر قرار داده اند. با توجه به این پیشرفت ها و نیاز صنعت به بهینه سازی فرآیندها و انتخاب بهترین، استفاده از روش های عددی در محیط های صنعتی نیز در حال رایج شدن است. نرم افزار abaqus یکی از قوی ترین این نرم افزارهاست که دارای محیط های مختلف برای مدل‎سازی فرآیند های گوناگون است. محیط abaqus/explicit با استفاده از حل معادلات دینامیکی صریح امکان حل مسائل با تغییر شکل های بزرگ و سرعت های بالا و انواع برخورد را فراهم کرده است. در این تحقیق پارامتر سرعت پیشروی غلتک پارامتری است که اثر متقابل آنها بر متغیرهای پاسخ از جمله نیروهای شکل دهی، کرنش و وضعیت فلنج قطعه کار به صورت تجربی و شبیه سازی المان محدود بررسی شده است. پروفیل نیروها و کرنش و وضعیت فلنچ بدست آمده از شبیه سازی با نتایج تجربی مقایسه شده اند که نتایج مشابه می باشد و همچنین نتایج نشان می دهد با افزایش سرعت پیشروی غلتک مقدار نیروهای شکل دهی، کرنش محیطی و میزان چروکیدگی لبه ورق افزایش و کرنش شعاعی و کرنش در راستای ضخامت کاهش می یابد در نتیجه تغییرات نرخ پیشروی می تواند روش مناسبی برای کنترل چروکیدگی قطعه کار باشد. با توجه به صحه‎گذاری این روش شبیه سازی، می توان از آن برای افزایش کیفیت و بهینه سازی شکل دهی اسپینینگ قطعات پیچیده تر بهره جست.

آنچه که ملزم به انجام این پایان نامه شده است، مروری بر مقالات مربوط به فرآیند های تغییر شکل ورق های مدرج تابعی در 20 سال گذشته است. در این راستا به منظور دست یابی به یک مطالعه موفق، بررسی جامع پیرامون فرآیند های تغییر شکل و رفتار الاستیک-پلاستیک مواد مدرج تابعی، امری ضروری و غیر قابل انکار است. نتایج حاصل از بررسی ها، عدم یک پیشینه پژوهش مشخص درباره توزیع تنش های الاستیک-پلاستیک انواع ورق های مدرج تابعی را گزارش می دهند. هدف از انجام این پایان نامه، بررسی رفتار الاستیک-پلاستیک ورق های گرد مدرج تابعی تحت بارگذاری های مکانیکی و حرارتی می-باشد. بنابراین بمنظور تعیین رفتار دو فازی ورق مدرج تابعی، از قابلیت زیربرنامه نویسی (umat) نرم افزار اجزاء محدود abaqus 6.10 استفاده شده است. برای فاز آلومینیوم به ترتیب دو رفتار مادی الاستیک-کاملا پلاستیک و مدل سخت شوندگی توانی در نظر گرفته شده است که با توزیع خطی و پیوسته به فاز الاستیک خطی سرامیک در سطح دیگر ورق تبدیل می شود. شرط تسلیم در کل ورق از معیار ون میسز تبعیت می کند. در شبیه سازی ها رفتار موثر تنش-کرنش مادی تابعی در ناحیه الاستیک از روش همگن سازی موری تاناکا بدست می آید و در ناحیه پلاستیک از قانون ترکیب متوسط (tto) استفاده می شود. علاوه بر اثر مدل مادی فاز آلومینیوم بر توزیع تنش ها و کرنش های پلاستیک، تاثیر نوع همگن سازی، شرایط مرزی، دما و باربرداری نیز مورد بررسی قرار گرفته است. بمنظور برقراری اطمینان از صحت زیربرنامه مقایسه ای با نتایج تحلیلی نیز انجام شده است که همخوانی مناسبی را گزارش می دهند. با مقایسه مقادیر بدست آمده درباره توزیع تنش ها و کرنش های پلاستیک حاصل از شبیه سازی ورق گرد مدرج تابعی تحت بارگذاری مکانیکی خالص، نتیجه می شود که تخمین رفتار مدل مادی الاستیک-کاملا پلاستیک برای ورق گرد مدرج تابعی مذکور در مقایسه با مدل سخت شوندگی نتایج مطلوبی را به همراه نخواهد داشت. ضمنا حضور سرامیک در ورق گرد به عنوان یک ماده مقاوم حرارتی مناسب در تحمل تنش های حرارتی و مکانیکی تلقی می شود.

روش های شکل دهی سریع بخاطر ویژگی های منحصر بفردی که دارند برای برخی فرآیندها مطلوب هستند. شکل دهی الکترومغناطیس یکی از روش های شکل دهی سریع است که اخیرا بیشتر مورد توجه قرار گرفته است و تلاش هایی برای صنعتی سازی این روش انجام شده است. شکل دهی الکترومغناطیس ورق با قالب مشکلاتی دارد، بعنوان یکی از بزرگترین محدودیت ها می توان به عمق کمقابل دست یابی برای ورق در این فرآیند اشاره کرد. دست یابی به عمق بیشتر در این فرآیند یکی از اهداف جدی مطالعات است. در این مطالعه شکل دهی الکترومغناطیس ورق آلومینیوم 1050 مطالعه شده است و بدست آوردن عمق بیشتر ورق در انتهای فرآیند با استفاده از شکل دهی به روی پانچ محدب به جای شکل دهی به درون قالب مقعر بررسی شده است. مسئله با استفاده ازروش بدون همبستگی بین دو بخش الکترومغناطیس و مکانیکی حل شده است. بخش الکترومغناطیس مسئله بصورت تحلیلی و بخش مکانیکی مسئله بصورت عددی و با کمک نرم افزار آباکوس حل گردیده است. رفتار مکانیکی وابسته به سرعت و مستقل از سرعت برای ماده در نظر گرفته شده است. در ابتدا تحلیل ها برای فرآیند شکل دهی بدون قالب ورق آلومینیومی انجام شد. نتایج بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه و از صحت جواب ها اطمینان گردیده است. سپس از این روش حل برای شکل دهی ورق به روی پانچ و به درون قالب استفاده شده است. در این مطالعه نتیجه شد که در شکل دهی الکترومغناطیس رفتار مکانیکی آلومینیوم 1050 به نرخ کرنش وابسته است. برای بدست آوردن عمق بیشتر برای ورق در انتهای فرآیند می توان از پانچ محدب به جای قالب مقعر استفاده کرد.

در این رساله کمانش الاستیک-پلاستیک صفحات مستطیل و لوزی شکل نازک و ضخیم به کمک روش مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته مورد بررسی قرار گرفته است. در استخراج معادلات حاکم از تئوری‏های کلاسیک و برشی مرتبه اول و همچنین از دو تئوری معروف پلاستیسیته: 1- تئوری نموی، 2- تئوری تغییرشکل، جهت تحلیل مساله استفاده شده است. بار بصورت تک محوری، دومحوری فشاری (کششی)، برشی خالص و ترکیبی تک محوری و برشی و بصورت یکنواخت و متغیرخطی بر صفحه وارد می‏شود. جهت مدلسازی رفتار ماده از مدل رامبرگ-ازگود استفاده شده است. انرژی پتانسیل کلی و سپس معادلات صفحات برای تحلیل کمانش پلاستیک در حالت بارگذاری کلی بر اساس روابط تنش-کرنش استخراج گردیده که برای حالت الاستیک نیز قابل استفاده است. در این رساله برای اولین بار کلیه معادلات حاکم بر کمانش الاستیک-پلاستیک صفحات مستطیل و لوزی شکل نازک و ضخیم بطور جداگانه در حالت بارگذاری کلی استخراج شده است. سپس کلیه معادلات به سیستم مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته اعمال شده و برنامه‏ای در محیط نرم‏افزار مطلب نوشته شده است. نتایج بدست آمده از تحلیل‏ها در فصل‏های مختلف این رساله با مقادیر گزارش شده توسط روش‏های مختلف عددی و تحلیلی دیگر محققین مورد مقایسه قرار گرفته است و تطابق خوب بین نتایج حاکی از صحت و دقت تحلیل عددی انجام گرفته می‏باشد. پس از حل مسائل مختلف به منظور مطالعه پارامتری اثر عوامل گوناگونی همچون نسبت ابعادی، ضریب ضخامت، تغییرشکل برشی عرضی، استفاده از دو تئوری نموی و تغییرشکل، خواص مواد، ضریب تصحیح برشی، ضریب بار، زاویه اریب صفحه، نوع بارگذاری و شرایط مرزی مختلف در محاسبه ضریب کمانش مورد بحث و بررسی قرار گرفته و نتایج جدیدی ارائه شده است. همچنین تغییرات مودشیپ‏ها برای بارگذاری و شرایط مرزی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. در مورد تطابق و اختلاف جواب‏های میان دو تئوری نموی و تغییرشکل نتایج جدیدی ارائه گردیده است.

در این پایان¬نامه ورق های دو لایهal1050/sus و al5052/sus با فرآیند کشش¬عمیق گرم و در دماهای c ?25، c ?100 و c ?160 شکل داده می¬شود. در ابتدا اندازه دانه¬ی ورق¬های آلومینیوم که در دماهای متفاوت آنیل (c ?350، c ?400 و c ?450 ) شده اند، توسط میکروسکوپ پلاریزه بدست آورده می¬شود که برای آلومینیوم 5052 اندازه دانه عبارت است از mµ 37، mµ 40 و mµ 44 و برای آلومینیوم 1050 عبارت است از mµ 10، mµ 12 و mµ 14. سپس اثر اندازه دانه و دمای ورق (قالب) بر روی نیروی پانچ و توزیع نازک¬شدگی و عمق کشش بررسی شده است. در ادامه مشاهده می¬شود که اثر دما و اندازه دانه بر روی نیروی پانچ تحت تأثیر نیروی نگه¬دارنده نیز می¬باشد. بنابراین اثر نیروی نگه¬دارنده بر نیروی پانچ هم بررسی شده است. با عکس کردن لایه نیروی لازم برای شکل¬دهی تغییر می¬کند که آن نیز مطالعه شده است.

کشش¬عمیق به عنوان فرایندی مهم در شکل¬دهی ورق¬های فلزی، از اهمیت ویژه¬ای برخوردار است. در سال¬های اخیر، گرایش صنعت به کوچک¬سازی قطعات تولیدی، اهمیت بررسی این فرایند در مقیاس کوچک و بسیار کوچک را دوچندان کرده است. بازده و دقت بالا، مدت زمان تولید پایین و هزینه¬ی مصرفی کم فرایند¬های شکل¬دهی در مقیاس بسیار کوچک، سبب کاربرد وسیع آنها در این حوزه شده است. تحقیقات وسیعی در این حوزه انجام گرفته است. بسیاری از کارهای انجام شده بر اساس نظریه¬ی تشابه می¬باشد، که تئوری چگونگی انتقال از شکل¬دهی در ابعاد بزرگ به شکل¬دهی در ابعاد کوچک است. در برابر این فرض چالشی به نام اثرات اندازه وجود دارد، که تغییر پارامترهای موثر در مسئله در اثرکاهش ابعاد فرایند شکل¬دهی است. یکی از مهمترین مسائل در تولید یک محصول صنعتی، سرعت فرایند تولید آن محصول می¬باشد. سرعت در فرایند تولید محصولی که در آن ورق¬های فلزی شکل داده می¬شوند، ارتباط مستقیمی با نرخ کرنش ورق¬های فلزی مورد استفاده دارد. هدف این پایان¬نامه بررسی اثر نرخ کرنش در فرایند کشش¬عمیق قطعات بسیار کوچک می¬باشد. در این پژوهش، اثر سرعت انجام فرایند کشش¬عمیق بر ضخامت قطعات کشش یافته و همچنین نیروی شکل¬دهی این قطعات مورد مطالعه قرار می¬گیرد. علاوه بر آن، اثر نیروی ورق-گیر نیز در این فرایند مورد بررسی قرار ¬می¬گیرد. بدین منظور، قالبی جهت انجام این کار طراحی و ساخته شد. از مشخصات بارز این قالب، استفاده از سنبه¬ی شکل¬دهی به قطر 4 میلی¬متر در آن می¬باشد. ورق¬های استفاده شده در این پژوهش مس خالص و آلومینیوم 1035 به ضخامت 1/0 میلی¬متر می¬باشد. شبیه¬سازی عددی فرایند به کمک نرم¬افزار اجزای محدود abaqus انجام شد. از نتایج مهم این پژوهش می¬توان به پی بردن به اثر دوگانه¬ی سرعت سنبه بر نازک¬شدگی و نیروی شکل¬دهی قطعات در سرعت¬های زیاد بر اثر تغییر رفتار اصطکاکی ورق با ابزار شکل¬دهی اشاره کرد.

تغییر شکل ماندگار یا پس ماند ماده زیر بارگذاری خارجی با نگره ی مومسانی بیان می شود.پیشینیان ما در زمان های گذشته، رفتار مومسان مواد را مشخص کرده اند. آن ها از فولادها برای ساختن ابزارهای گوناگون و همچنین وسیله های جنگی استفاده می کردند. در این رساله، دو موضوع مهم بررسی می شود. در بخش یکم، افزون بر پیشنهاد مشتق های مرتبه ی یکم و دوم معیارهای تسلیم مواد همسانگرد به صورت جدید در اجزاء محدود ناخطی، معیار تسلیم ون مایزز و ترسکا به کمک قانون جریان ناوابسته به شکل جدیدی برای پیش بینی دقیق تر نتیجه های آزمایشگاهی در مومسانی مستقل و وابسته به زمان ترکیب می شوند. در بخش دوم، معیارهای جدیدی برای ماده های ناهمسانگرد وابسته به فشار آب ایستا با در نظر گرفتن قانون جریان ناوابسته پیشنهاد شده است. در ادامه، پیش گفتاری کوتاه درباره ی بخش یکم و دوم خواهیم داشت. یکی از مهم ترین مشکل ها در به کاربردن نگره های مومسانی و تغییر شکل فلزها در برنامه نویسی جزء محدود ناخطی، گونه ی تابع نخستین گیری از معادله های مشخصه برای به هنگام نمودن تنش می باشد. در حالت کلی، چهار روش برای تابع نخستین وجود دارند: 1- روش دقیق، 2- روش صریح، 3- روش ناصریح، 4- روش صریح- ناصریح. درباره ی چهار روش پژوهش های گسترده ای انجام شده است. باید افزود، روش دقیق مناسب ترین روش در میان چهار روش می باشد. ولی استفاده از آن با در نظر گرفتن سطح های تسلیم و سخت شوندگی های گوناگون، می تواند مشکل یا ناممکن باشد. امروزه، به سبب پیچیدگی مسائل مختلف و استفاده از نگره های پیچیده تر برای الگوسازی دقیق تر نتیجه های آزمایشگاهی، استفاده از روش های عددی توجه پژوهشگران را به خود جلب کرده است. باید دانست، در به هنگام کردن تنش با یکی از سه روش صریح، ناصریح و یا صریح-ناصریح، از روش های عددی در جزء محدود بهره جسته می شود. شایان توجه است که در تابع نخستین گیری از معادلاه های مشخصه با استفاده از روش های عددی، دو مورد دقت و پایداری اهمیت زیادی دارد. در ادامه، سه روش عددی در به هنگام کردن تنش توضیح داده می شوند. روش صریح: روش صریح راحت ترین روش جهت اعمال در برنامه های اجزاء محدود ناخطی می باشد. منتهی جهت برگزیدن نمو بارگذاری در مورد دقت و پایداری آن باید دقت زیادی کرد. با برگزیدن نمو بارگذاری خیلی بزرگ پایداری آن زیر سئوال می رود و با برگزیدن نمو بارگذاری بزرگ ممکن است دقت آن دچار مشکل شود. لذا بایستی نمو بارگذاری را به اندازه کافی کوچک اختیار شود. به طور معمول، در روش های صریح از زیر-نمو جهت فائق آمدن بر مشکل برگزیدن نمو بارگذاری استفاده می شود. از نقطه نظر مهندسی با در نظر گرفتن قانون جریان ناوابسته در مومسانی روش صریح معادل این موضوع است که راستای بردار نمو کرنش مومسان را عمود بر سطح پتانسیل مومسان در نقطه برخورد تنش حدس زده شده با سطح تسلیم در انتهای نمو قبل در نظر گرفته شود. در حالت کلی در روش صریح تمام مجهولات در انتهای نمو بارگذاری از روی اطلاعات موجود در ابتدای نمو بارگذاری (نقطه برخورد تنش حدس زده شده و سطح تسلیم در انتهای نمو قبل) حاصل می شوند. به طور خلاصه مشکل های استفاده از روش صریح به قرار زیر می باشند: 1- به دست آوردن نقطه برخورد تنش حدس زده شده و سطح تسلیم در نمو قبل، 2- دقت در برگزیدن نمو بارگذاری جهت دقت و پایداری فرآیند عددی، 3- استفاده از زیر نمو، 4- بازگرداندن تنش به دست آورده شده در انتهای استفاده از فرآیند به سطح تسلیم نهایی، درباره ی مخوبی های این روش، می توان گفت: 1- راحت اعمال شدن آن در برنامه های اجزاء محدود، 2- احتیاج به محاسبه تنها مشتق مرتبه اول سطوح تسلیم و پتانسیل مومسان. خاطر نشان می سازد، استفاده از زیر نمو که در بسیاری از برنامه های جزء محدود به کارگرفته می شود، سبب وابستگی مسئله به مسیر می شود. همین امر سبب کاهش دقت استفاده از این فرآیند خواهد شد. بنابراین، سفارش می شود، به جای استفاده از زیر نمو، نموها تا حد ممکن کوچک اختیار شوند. روش ناصریح: روش ناصریح مشکل ترین روش برای وارد کردن در برنامه های رایانه ای می باشد. با این وجود، پس از استفاده ی آن، پایداری آن راستی آزمایی شده است. یعنی پایداری آن مستقل از برگزیدن نمو بارگذاری می باشد. شایان توجه است، با برگزیدن نموهای خیلی بزرگ بارگذاری دقت استفاده از فرآیند می تواند هنوز نامعلوم باشد. یعنی با برگزیدن نمو بارگذاری بسیار بزرگ، پایداری تضمین ولی ممکن است دقت دچار مشکل شود. در حالت کلی، نمو بارگذاری در این روش نسبت به روش صریح می تواند خیلی بزرگتر برگزیدن شود. از نقطه نظر مهندسی راستای بردار نمو کرنش مومسان عمود بر سطح پتانسیل مومسان در انتهای نمو بارگذاری می باشد. در این روش به دلیل اینکه اطلاعات در انتهای نمو هر بارگذاری موجود نمی باشند، احتیاج به روش های سعی و خطا یا از نقطه نظر محاسبات عددی استفاده از روش نیوتن رفسون برای حل دستگاه معادلات با شرط های نخستین انتهایی نمو قبل نیاز می باشد. افزون براین، جهت تشکیل ماتریس سفتی هر المان در اجزاء محدود کلی بایستی از عمل گر کشسان-مومسان استفاده شود که با روش نیوتن رفسون که برای حل دستگاه معادلات استفاده شده سازگار باشد، استفاده از این عمل گر کشسان-مومسان سازگار سبب حفظ همگرایی مرتبه دوم روش نیوتن رفسون در حل کلی اجزاء محدود خواهد شد. در حالت کلی در اولین تکرار از هر نمو بارگذاری کشسان-مومسان یا مومسان-مومسان از عمل گر کشسان-مومسان مرسوم پیوسته و در تکرارهای بعد آن نمو جهت برقراری تعادل از عمل گر کشسان-مومسان سازگار با فرآیند غیرصریح به کار گرفته شده جهت تشکیل سفتی مماسی هر المان استفاده می شود. به طور کلی، مشکل های روش ناصریح به صورت زیر می باشند: 1- حل دستگاه معادلات ناخطی در هر تکرار نمو بارگذاری، 2- به دست آوردن عمل گر کشسان-مومسان سازگار، 3- به طور کلی به دست آوردن مشتق مرتبه دوم سطح تسلیم یا تابع پتانسیل مومسان (در موارد 1و2). همچنین، خوبی های این روش به قرار زیر است: 1- دقت بالاتر فرآیند، 2- قرار گرفتن تنش به هنگام شده در پایان استفاده از فرآیند روی سطح تسلیم نهایی. روش صریح- ناصریح: در این روش راستای بردار نمو کرنش مومسان هم از شرط های ابتدایی و هم از شرط های انتهایی نمو بارگذاری به دست می آید. این روش را معمولا نیمه غیرصریح نیز می نامند و در موارد خاص که معیار تسلیم دو سطحی یا پیچیده و یا اینکه سخت شوندگی همسانگرد و پویای ناخطی باشد می توان از مزایای آن بهره جست. در حالت کلی، در صورت برطرف کردن مشکل های روش ناصریح، استفاده از این روش به همراه عمل-گر کشسان- مومسان سازگار در جزء محدود کلی شایسته است. در این رساله، یکی از اصلی ترین هدف-های نویسنده، پیشنهاد روشی عمومی و ماتریسی برای وارد کردن روش ناصریح در جزء محدود ناخطی می باشد. در بخش دوم رساله، به بررسی تسلیم مواد ناهمسانگرد وابسته به فشار آب ایستا پرداخته می شود. باید دانست، در بسیاری از مسائل کشسان-مومسان نخستین، تسلیم فولادها را مستقل از فشار آب ایستا پنداشته می شود. ولی در حقیقت، این پنداشت سبب به وجود آمدن خطا درباره ی آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم می گردد. بنابراین، در این بخش، سعی می شود که وابستگی به فشار آب ایستا در معیار تسلیم مواد ناهمسانگرد به گونه ای نوین وارد گردد. پس، سه معیار جدید که یکی با در نظر گرفتن قانون جریان وابسته و دو گونه ی دیگر، با در نظر گرفتن قانون جریان ناوابسته هستند، پیشنهاد می شوند. باید افزود، این معیارها اثر ناهمسانگردی و وابستگی به فشار آب ایستا را هم زمان در نظر می گیرند. آشکار خواهد شد که نتیجه های آزمایشگاهی با این سه معیار به خوبی پیش بینی خواهند شد.

یکی از جدید ترین روش های شکل دهی ورق، فرم دهی به وسیله هیدروفرمینگ می باشد. در این شیوه فشار سیال بعنوان یک ابزار شکل دهی استفاده می شود بنابراین معمولاً نیمی از ابزار صلب صرف نظر می گردد. البته در اغلب حالات فشار سیال به عنوان مادگی قالب عمل می کند و از یک دیافراگم برای آب بندی و جداسازی ورق از سیال استفاده می گردد. این روش با توجه به مزایای فرآوانی از جمله افزایش نسبت کشش، تولید قطعات با هندسه پیچیده و کنترل چروکیدگی دارد مورد توجه بسیاری از صنایع قرار گرفته است. در پایان نامه حاضر ابتدا پس از مروری بر مقالات و بیان تئوری های ورق های فلزی، با استفاده از نرم افزار abaqus 6.6 مزیت های کشش عمیق هیدروفرمینگ بر کشش عمیق سنتی مشخص می شود. همچنین تاثیر پارامتر های موثر در جهت بهبود نسبت کشش ، حداقل ضخامت و مقدار تنش ون میزز حداکثر در قطعه بررسی می شود. در پایان تاثیر پارامتر های مختلف هیدوفرمینگ بر تمایل قطعه به چروکیدگی با استفاده از معیار حد چروکیدگی نیز بررسی شده است.