Оптимизация геометрии образцов с поперечной канавкой для материалов с начальной анизотропией

Цель исследования — поиск оптимальных геометрических размеров прямоугольных образцов с поперечной канавкой, изготовленных из анизотропного материала, при испытании на одноосное растяжение в условиях, близких к плоской деформации. Представлена схема испытания, при которой реализуется механизм разрушения срезом в центре канавки в условиях плоской деформации. Оптимальные геометрические размеры образца (глубину, ширину и длину поперечной канавки) определяли на основе численного моделирования эксперимента в программном комплексе ABAQUS в режиме Explicit. Установлено, что начальная анизотропия материала существенно влияет на деформированное состояние в канавке. Чем больше отношение коэффициентов Лэнкфорда вдоль направления прокатки и поперек этому направлению, тем ближе деформированное состояние в канавке к плоской деформации. Выявлено, что путем изменения геометрии образца с поперечной канавкой можно получить лучшие результаты в реализации плоской деформации в области разрушения образца. Например, для большинства исследованных материалов деформированное состояние в канавке тем ближе к плоскому, чем меньше толщина образца в канавке и ее ширина. Показано, что возможности создания плоской деформации в канавке за счет выбора геометрии образца ограничены сверху для любой начальной анизотропии. Наблюдается момент «насыщения», при котором дальнейшего приближения отношения главных деформаций к нулю в центре канавки после изменения геометрии не происходит. Получены геометрические размеры прямоугольных образцов с поперечной канавкой, рекомендованные для всех типов анизотропных и изотропных листовых материалов при проведении испытаний на растяжение в условиях плоской деформации.

1. Дель Г. Д., Елисеев В. В., Хливненко Л. В. и др. Предельные деформации разрушения при растяжении плоских образцов с канавками / Информатика: проблемы, методология, технологии: сб. матер. XVIII межд. науч.-метод. конф. — Воронеж: Научно-исследовательские публикации, 2018. Т. 6. С. 90 – 93.

2. Шапиевская В. А. Экспериментальная поверхность нагружения листовой стали / Авиакосмические технологии: тезисы XIII Всероссийской науч.-техн. конф. и школы молодых ученых, аспирантов и студентов. — Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2012. С. 106 – 107.

3. Dell H., Gese H., Oberhofer G. CrachFEM — A comprehensive approach for the prediction of sheet metal failure / NUMIFORM 07: Materials Processing and Design: Modeling, Simulation and Applications. 2007. Vol. I. P. 165 – 170. DOI: 10.1063/1.2740806.

4. Barlat F., Yoon J.-W., Cazacu O. On linear transformations of stress tensor for description of plastic anisotropy / Int. J. Plasticity. 2007. Vol. 23. N 5. P. 876 – 896. DOI: 10.1016/j.ijplas.2006.10.001.

5. Eberle B., Volk W., Hora P. Automatic approuch in the evalution of the experimental FLC with a full 2D approach based on a time depending method / Proc. Numisheet. 2008. P. 279 – 284.

6. Ломакин Е. В., Мельников А. М. Задачи плоского напряженного состояния тел с вырезами, пластические свойства которых зависят от вида напряженного состояния / Известия РАН. Механика твердого тела. 2011. Т. 46. № 1. С. 77 – 94.

7. Ломакин Е. В., Щендригина О. П. Напряженно-деформированное состояние в пластине с зависящими от вида напряженного состояния материальными свойствами / Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия «Математика. Механика. Информатика». 2018. Т. 18. № 4. С. 458 – 466.

8. Струкова А. В., Гольцев А. М. Влияние геометрии образцов на предельную деформацию разрушения пластиков при одноосном растяжении / Авиакосмические технологии: тезисы XIII Всероссийской науч.-техн. конф. и школы молодых ученых, аспирантов и студентов. — Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2012. С. 103.

9. Singh P. K., Sarkar R. B., Raj A., et al. Forming limit diagram generation with reduced experiments and modelling for different grades of automotive sheet steel using CrachLab / J. Strain Anal. Eng. Design. 2017. Vol. 52. Issue 5. DOI: 10.1177/0309324717714095.

10. Елисеев В. В., Крупин Е. П., Хливненко Л. В. и др. Численное моделирование задач экспериментальной механики при формировании баз данных материалов САПР листовой штамповки / Информатика: проблемы, методология, технологии: сб. матер. XVII межд. науч.-метод. конф. — Воронеж: Научно-исследовательские публикации, 2017. Т. 4. С. 305 – 307.

11. Brosius A., Yin Q., Tekkaya A. E. A new shear test for sheet metal characterization / Steel Res. Int. 2011. Vol. 82. Issue 4. P. 323 – 328. DOI: 10.1002/srin.201000163.

12. Hooputra H., Gese H., Dell H., et al. Comprehensive failure model for crashworthiness simulation of aluminum extrusions / Int. J. Crashworthiness. 2004. Vol. 9. N 5. P. 449 – 463. DOI: 10.1533/ijcr.2004.0289.

13. Dell H., Gese H., Keßler L., et al. Continuous failure prediction model for nonlinear load paths in successive stamping and crash processes / SAE Technical Paper 2001-01-1131. World Congress. Detroit, Michigan, March 5 – 8, 2001. P. 113 – 122. DOI: 10.4271/2001-01-1131.

14. Елизаров Ю. М. Экстраполяция кривых течения на область больших деформаций / Вiсник Донбаської державної машинобудiвної академiї. 2006. № 1Е(6). С. 125 – 129.

15. Volk V., Hora P. New algorithm for a robust user-independent evaluation of beginning instability for the experimental FLC determination / Int. J. Mater. Forming. 2011. Vol. 4. N 3. P. 339 – 346. DOI: 10.1007/s12289-010-1012-9.