مقدمه

استفاده از لوح هاي ترکیبی (TWB) در تولید به منظـور

کاهش وزن محصول، کاهش دورریز و هزینه هاي مواد، افزایش انعطاف پذیري در طراحـی و هـم چنـین فـراهم

شدن امکان استفاده از مزایـاي فرآینـدهاي جوشـکاري

پیوسته، کاربرد روزافزونی یافته است. مسأله ي مهـم در شکل دهی این لوح ها، کاهش شـکل پـذیري لـوحهـاي

ترکیبــی نســبت بــه ورقهــاي پایــه اســت. کــاهش

شکل پذیري لوح هاي ترکیبی نسبت به لوح هاي پایـه ي آن ها، به خـواص ناحیـه ي جـوش و ناحیـهي متـأثر از

حرارت و تغییر شکل ناهمگون بخش هاي مختلف لوح

مربوط می شود .[۱] شکل دهی لوح هاي ترکیبی به علت

شکلپذیري کم این لوحها، دشوار است.

تحقیقــات متعــددي در زمینــهي بــهکــارگیري

روش هایی به منظور افـزایش شـکل پـذیري لـوح هـاي

ترکیبــی انجــام شــده اســت. در تحقیــق احمــداقلو و همکاران [۲] براي افزایش شکلپذیري لوحهاي ترکیبی
و با هدف اعمال فشار متفاوت بر دو نیمه ي لوح، یـک

روش کنترل فشار براي ورق گیر پیشنهاد شده است. در این روش از یک سیستم سیلندر نیتروژنی کـه شـامل ۶

سیلندر نیتروژن و دو تانک میباشد، استفاده شده است.

نتایج این مطالعه نشان می دهد که چرخش خط جـوش در حـین شـکلدهـی بـا اسـتفاده از نیـروي ورقگیـر
متفاوت، قابل کنتـرل اسـت. بـا کنتـرل موقعیـت خـط

جوش، امکان کاهش سطح کرنش روي نیمه ي لوح که

داراي ضخامت یا استحکام کمتر می باشد، وجـود دارد.

در تحقیقی که توسط کینسی و همکاران [۳] انجام شد، از یک سیستم مهارکننـده ي هیـدرولیکی بـراي کنتـرل

حرکت خط جوش لوح هاي ترکیبی استفاده شده است.

نتایج شبیه سـازي هـاي ایـن تحقیـق، کـاهش بیشـینه ي کرنش ها در راسـتاي خـط جـوش تـا یـک- پـنجم را

گزارش می کنـد. جیانـگ و همکـاران [۴] در تحقیقـی روش شکل دهی چند مرحله اي را به عنوان یک راهکار براي افزایش خاصیت شکل پـذیري لـوح هـاي ترکیبـی

پیشنهاد کرده اند. در نتایج این تحقیق که بـر روي یـک

قطعهي صنعتی انجام شده است، مشاهده میشود که در این فرآیند، تغییر مسیر کرنش براي کـاهش پیـک هـاي

کرنش مفید خواهد بود. در تحقیقی کـه توسـط چنـا و

همکاران [۵] انجام شده، تأثیر استفاده از ورقگیر پلهدار و پین هاي نگه دارنده ي خـط جـوش بـر شـکل پـذیري

لوح هاي ترکیبی با استفاده از شبیه سازي و آزمایش هاي

تجربی کشش یک جعبه مورد بررسی قرار گرفته است.

در این تحقیق گزارش می شود که اسـتفاده از ورق گیـر

پله دار به کاهش پدیده ي چـین خـوردگی کمـک کـرده

است. هم چنین استفاده ي همزمان از ورق گیر پلـه دار و پین هاي نگه دارنده بهترین اثر را در بهبود شکل پـذیري

محصول داشـته اسـت. پادمانابهـان و همکـاران [۶] بـا

استفاده از شبیه سازي هاي المان محدود، اثـر اسـتفاده از ورق گیر چندتکه را در شـکل دهـی لـوح هـاي ترکیبـی

آلومینیوم- فولاد، مورد بررسی قرار دادند. نتـایج نشـان

می دهند که ورق گیـر چندتکـه امکـان اعمـال مناسـب نیرو هاي ورق گیري مختلـف را بـر دو بخـش لـوح هـا

فراهم کرده است؛ که به افزایش قابلیـت شـکل پـذیري

این لوحهاي ترکیبی میانجامد.

ازآن جایی که فرآیند شکلدهی هیدرومکانیکی بـه

عنوان یک فرآیند تولیدي بـا کـاربرد روزافـزون بـراي

دستیابی بـه نسـبتهـاي کشـش بـالاتر، امکـان تولیـد قطعات پیچیـدهتـر و هـم چنـین توزیـع یکنواخـتتـر
ضخامت نسبت به فرآیند کشش عمیق متـداول مطـرح

اســت، اســتفاده از ایــن فرآینــد بــه منظــور افــزایش شکل پذیري لوح هاي ترکیبی مورد توجه قرار می گیـرد.

تحقیقــات انــدکی در زمینــهي اســتفاده از روشهــاي هیدروفرمینگ در شکل دهی ورق هاي ترکیبـی گـزارش شده است. مثال هایی از این تحقیقات شامل تحقیق س.

کومار پاندا و د. راوي کومار [۱] می باشد که به بررسی

اثر فشار سیال بـر شـکل پـذیري ورق هـاي ترکیبـی بـا استفاده از شبیه سازي و آزمایش پرداختهانـد و افـزایش

شکل پذیري را با استفاده از فشار محیطی سیال نسـبت

۵۴

عما د رحیمی- حسن مسلمی نائینی- حامد دیلمی عضدي … سال بی ست و سوم، شماره یک،۱۳۹۰

به کشش عمیق مت داول گزارش دادهاند. قراخـانی [۷] و

پاشــیرهپــور [۸] در تحقیقــات خــود بــا اســتفاده از

شبیه سازي، شـکل دهـی ورقهـا ي ترکیبـی بـا سـنبه ي

مرب عـی شـکل را توســط روش هیــدروفرمینگ مـورد بررسی قرار داده اند . در تحقیقـات آنهـا مزایـاي روش

هیدروفرمینگ نسب ت به کشش عم یـق متـداول از قبیـل

یکنواختی کشش و امکان دسترسی به عمق کش شهاي

بیشتر و کاهش جابه جایی خط جوش مشهود است.

این مطالعه با هـدف بررسـی اثـر فشـار سـیال در شکل دهی یک قطع ه ي استوانه اي از ورق هـاي ترکیبـی

با در نظر گرفتن ف شار شعاعی در شبیه سازي هـا، انجـام

گرفته است. از آنجایی که محل خط جوش در قطعه ي

نهایی و هم چنین توزیـع ضـخام ت، عـلاوه بـر ایـن کـه

هندسه و کارایی محصول را تحت تأثیر قرار می دهنـد، می توانند به عنوان نماد هایی در میزان شکل پذیري هـم

مطرح گردند، لذا این دو عامل به عنوان شاخص مـورد

بررسی قرار گرفتهاند.

شکل ۱ هندسه و ابعاد قالب استفاده شده در شبیهسازيها

است. هندسه ي محصول نهایی به صـورت یـ ک فنجـان

استوانه اي شکل به قطـر ۵۰ میلیمتـر و بـا ۱۰ میلیمتـر

فلنج باقیمانده در نظـر گرفتـه شـده اسـت. بـه منظـور

بررسی جابه جایی خـط جـو ش و توزیـع ضـخامت در ناحیه ي فلـنج، قطعـه تـا انتهـا کشـیده نشـده و شـامل

ناحیه ي فلنج م ی باشد. شکل (۱)، ابعـاد قالـب اسـتفاده شده در شبیهسازيها را نمایش میدهد.
با توجه به تقارن موجـود، نیمـی از لـوح ترکیبـی دایره اي شکل، شبیهسازي شده است. ایـن نـیمدایـره از لوح ترکیبی به دو بخش با ض خامت هاي متفا وت و یک
بخش به عنوان ناحیه ي خط جوش تقسـیم بنـدي شـده

است (شکل ۲، الف). در مطالع ات انجامشده [۹,۱۰] بـا

بررسی میزان سختی و مشاهدات میکروسکوپی، عرض

ناحیــهي خــط جــوش در فرآینــد جوشــکاري لیــزر CO2) و (Nd:YAG براي جن س و ضخامت هاي مشـابه آنچه در این ت حقیق بررسی می شود بین ۱ تا ۲ میلیمتر گـزارش شـده اسـت. بـا توج ـه بـه ایـن اطلاعـات و مشاهدات تجربی، ناحیه ي خ ط جوش بـه عـرض ۱/۵

میلیمتر و به صورت شیب دار درنظر گرفته شد. بخـش

»ب« شکل (۲)، الگوي استفاده شده جهت شبیه سـازي خط جوش را نمایش می دهد. بـراي شـبیه س ـازي ایـن الگو با المان ها ي پوسـته اي، هندسـه ي پوسـته ي میـانی لوح ترسیم و ض خامت هر بخ ش در دو طرف آن اعمال شد. ضخامت در ناحیه ي جو ش لوح به عنوان تابعی از مختصات وارد گردید.

(الف)

شبیهسازي

شبیه سازي ایـن فرآینـد در نـرم افـزار اجـزاي محـدود
(ب)
آبـاکوس ۶٫۹-۱ انجـام شـده و از روش حـل صـریح
شکل ۲ الف) بخشهاي مختلف لوح ترکیبی؛ ب) الگوي
(Expli cit) نرم افزار براي تحلیل فرآیند استفاده گردیده

شبیهسازي خط جوش

۵۵

نشریه علوم کاربردي و محاسباتی در مکانیک اثر فشار سیال بر جابهجایی خط جوش و توزیع …

لوح ترکیبی به نحـوي طراحـی شـد کـه اخـتلاف ضخ امت دو بخش لوح در یک طرف بوده و یک سطح

صاف در طرف دیگر وجود داشت ه باشد (شکل ۲، ب)؛

جوشکاري لوح با وجود سـطح صـاف در یـک طـرف سادهتر است؛ همچنین میتوان با قرار دادن سطح صاف

لوح در زیر ورق گیر از نشت سـیال بـه پشـت ورق در

کار تجربـی جلـوگیري کـرد. از طـرف دیگـر، وجـود

نیرو هاي شعاعی متفـاوت در دو لبـه ي ورق مـی توانـد

سب ب حرکت افقـ ی لـوح در راسـتاي عمـود بـر خـط جوش، قبل از نفوذ سـنبه شـود کـه قـرار دادن تمـامی

اختلاف ضخامت در سـطحی کـه فشـار سـیال بـر آن

اعمال می شود این مشکل را نیز برطرف می کند. شـکل

(۳) نحوه ي به تعادل رسیدن این نیروهـا را در الگـوي

انتخابشده نمایش میدهد.

شکل ۳ الگوي ق رارگیري لوح و نحوهي به تعادل رسیدن نیروهاي وارده به ورق از جانب سیال در راستاي عمود بر خط ج وش در صفحهي افقی

ورق در شــبیهســازيهــا، بــهصــورت جســم

تغییرشکل پذیر و اجزاي قالب به صورت جسـم صـلب

مدل شده اند. با توجه به پایینتر بودن زمـان محاسـبات در المانهاي پوسته اي به نسبت المـان هـاي حجمـی و

هم چنین وجود قابلیت بررسی توزیع ضخامت به عنوان

یک خروجی اولیه براي این نوع المان ها، در شبیه سازي

ور ق از المان هاي پوسته اي مربعـ ی S4R اسـتفاده شـد.