نحوه بررسی مشخصات شکست فولاد نورد سرد

[rkiahoseyni]

مقدمه:

کرنش معادل در هنگام شکست، ɛ، معیار مناسبی برای شکل‌پذیری فلز است. دانستن تاریخچه کرنش معادل ɛ (فارغ از جزء الاستیک) و اینکه چگونه مقدار شکست آن تحت تاثیر وضعیت تنش قرار می گیرد، پیش بینی شکست در یک ماده خاص را ممکن می سازد. بریجمن (1952) از طریق آزمایشات خود دریافت که شکل پذیری به شدت با کاهش تنش هیدرواستاتیکی، σh افزایش می یابد. این پدیده بعدها توسط مک کلینتاک (1968) و رایس و تریسی (1969) توضیح داده شد که به دلیل مهار رشد فضای خالی در داخل دانه های فلز است. 

 

تاثیر تنش بر شکست ورق سرد:

در مدل‌سازی هسته‌زایی، رشد و ادغام فضای خالی، سه محوری تنش، ∗σ، معمولاً به عنوان پارامتری که حالت تنش هیدرواستاتیکی را نشان می‌دهد استفاده می‌شود. مطالعات جدیدتر روی یک آلیاژ آلومینیوم انجام شده توسط Bao و Wierzbicki، نشان داده اند که کرنش معادل در شکستگی دارای حداکثر موضعی در ناحیه پایین تر سه محوری تنش است (0.4≈). مشاهدات مشابهی توسط بارسوم و فالسکوگ (2007) گزارش شد که آزمایش‌های کرنش صفحه‌ای را بر روی فولادهای با استحکام متوسط و با استحکام بالا انجام دادند. با این حال، در آن مطالعه حداکثر محلی در یک سه محوری بالاتر (≈0.9) مشاهده شد. بر اساس مشاهدات Bao and Wierzbicki، و آزمایش های دیگر، استدلال کردند که کرنش شکست نیز به وضعیت تنش انحرافی ماده بستگی دارد. این نتیجه گیری توسط گائو و کیم (2006) و کیم و همکاران پشتیبانی شد که تأثیر حالت تنش بر ɛ را بر اساس مدل‌سازی عددی ریزحفره‌ها در حجم ماده نماینده مطالعه کردند. حالت تنش انحرافی را می توان به راحتی با پارامتر نیرو نشان داد.

 

بررسی محاسباتی شکست ورق سرد:

بریگمن (1952) از عبارات تحلیلی مبتنی بر مکانیک محیط های پیوسته در یافتن مقادیر تنش و کرنش در گلویی شدن نمونه‌های آزمایش مواد استفاده کرد. او به طور تجربی ثابت کرد که فرض کرنش ثابت روی گردن در یک نمونه متقارن محوری مناسب است و بیانی برای توزیع تنش روی گلویی، بر اساس هندسه نمونه، شرایط مرزی، معادلات تعادل و تابع تسلیم فون میزس یافت. این نوع تجزیه و تحلیل، محاسبه پارامترهای تنش و کرنش را با دقت معقول برای طیف وسیعی از نمونه‌های آزمایش مواد ممکن می‌سازد. با این حال، مقادیر میدان تنش و کرنش جهانی در نمونه با این نوع تجزیه و تحلیل انجام نمی‌شود. با توسعه رایانه ها و مکانیک محاسباتی، محاسبه مقادیر میدان و همچنین مقادیر دقیق تر در منطقه گلویی نمونه ها امکان پذیر شد. ویلکینز و همکاران (1980) به تفصیل توضیح دادند که چگونه یک مدل عددی را می توان با آزمایش تطبیق داد و اطلاعاتی در مورد تاریخچه تنش و کرنش ارائه داد. استفاده از مدل‌های عددی از زمان معرفی، روش اصلی در جمع‌آوری مقادیر تنش و کرنش بوده است El-Magd  و  Abouridouane یک تکنیک تجربی جدید برای محاسبه میدان‌های کرنش و تنش در حین بارگذاری در نمونه‌های پروانه‌ای شکل تحت تنش صفحه و در شرایط تنش مختلف ارائه کردند. میدان ها با استفاده از ترکیبی از اندازه گیری های نوری، نیروی اندازه گیری شده و روابط هندسی نمونه آزمایش پیدا شدند. از این روش در استخراج کرنش معادل و تاریخچه سه محوری تنش برای فولاد بور مارتنزیتی استفاده می شود

 

بررسی رفتار شکست ورق سرد:

در تحقیقات مختلف، با استفاده از آزمون‌های مکانیکی، اندازه‌گیری‌های میدان کامل و آنالیز اجزای محدود، ویژگی‌های شکست فولاد نورد سرد با مقاومت کم، سخت‌شدگی بالا، از نوع Docol 600DL تعیین می‌شود. آزمایش‌ها بر روی نمونه‌هایی انجام می‌شود که از ورقه‌ای به ضخامت 2 میلی‌متر بریده شده‌اند. پنج هندسه نمونه مختلف برای تغییر حالت تنش استفاده می شود. کرنش معادل در شکستگی، ɛ، به عنوان تابعی از حالت تنش که توسط سه محوری تنش،∗σ، و پارامتر نیرو نشان داده می شود، به دست می آید. یک روش جدید برای تعیین تجربی∗σ و μ برای مواد همسانگرد و حالت‌های سطح تنش ارائه شده است. این روش مبتنی بر اندازه‌گیری‌های دقیق میدان جابجایی با استفاده از همبستگی تصویر دیجیتال (DIC) است و یک ماده Levy-Mises، یعنی تابع تسلیم فون میزس، قانون جریان مرتبط و کرنش‌های الاستیک قابل چشم پوشی را فرض می‌کند.

 

نتیجه گیری:

آزمایش‌ها با استفاده از پنج هندسه نمونه مختلف برای توصیف ویژگی‌های شکست یک ورق فولادی سرد نورد شده، کم استحکام و سخت‌شدگی بالا (Docol 600DL) انجام می گیرد. این آزمایش‌ها از آزمون‌های کشش صفحه-کرنش گرفته تا آزمایش‌های برشی، دامنه‌ای از سه محوری تنش را از حدود ۲/۳ تا صفر پوشش می‌دهند. ویژگی‌های شکست با استفاده از اندازه‌گیری‌های میدان نوری و شبیه‌سازی اجزای محدود در ترکیب با آزمایش مکانیکی به‌دست می آید. یک روش جدید برای استخراج سه محوری تنش و پارامتر نیرو بر روی سطح نمونه بر اساس اندازه‌گیری‌های DIC با فرض یک ماده Levy-Mises پیشنهاد شده است. در محدوده ای از حالت های تنش مورد بررسی، تنها تغییرات متوسطی در کرنش شکست یافت می شود. به طور کلی، فرآیند شکست احتمالاً در مرکز نمونه‌ها شروع می‌شود، جایی که کرنش معادل بزرگ‌تر است و میانگین سه محوری تنش بالاتر از سطح است. 

 

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی