Non-Linear strain paths in Sheet Metal Forming
2021 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE credits
Student thesis
Abstract [en]
Today's automotive requirements have resulted in complex Sheet Metal Forming (SMF) processes of Sheet Metal (SM) with reduced formability, and thus it is crucial to be able to predict formability accurately to prevent material failure during SMF.
Formability predictions today utilize Forming Limit Curves (FLC)s in Finite Element Analysis (FEA), but FLCs are not valid for the Non-Linear Strain Paths (NLSP)s generated during SMF. One purpose of this thesis is thus to increase the knowledge on FP handling NLSP, which was obtained through providing suggestions of failure models for handling NLSP effects, based upon literature on the subject.
Generating NLSP experimentally is both time and material costly with the conventional method, thus the second purpose of this thesis was to increase the knowledge on test procedures for generating NLSP in SM. Based upon the findings of Chandramohan \cite{chandramohan_study_2021} five test procedures for generating NLSP were put forward, and the Nakajima test with modified punch geometry was chosen for further study.
In this thesis, the NLSP characteristics of two modified punch geometries were evaluated by FEA performed using LS-DYNA. For the FEA three specimens with blank width of 50, 100 and 200 mm was used, and the anisotropic Barlat yld2000 was used as the material model. This material model was calibrated to material data of Mild steel CR4, Aluminium alloy AA6016, and Dual-phase steel DP800.
The results for all materials showcased similar reacquiring general NLSP characteristics at the corners of the punch features, which are unfavorable positions when failure by necking is evaluated, and thus it was concluded that the tested punch geometries are not favorable and more development of the punch geometry is needed.
Abstract [sv]
Dagens fordonskrav, har lett till komplexa plåtformnings processer av plåtmaterial med reducerad formbarhet, och det är därför väsenligt att kunna förutsäga formbarhet noggrant för att förhindra materialbrott under plåtformning.
Försträckning och brott förutses idag genom Formgränskurvor (FGK) i finita element analyser (FEA), men dessa gäller inte för icke-linjära töjningsvägar som uppkommer under plåtformning. Ett syfte av denna avhandling är därför att öka kunskapen kring modeller för att förutsäga formbarhet under icke-linjära töjningsbanors effekter, vilket uppnådes genom att presenteras förslag på brott modeller för att hantera de icke-linjära töjningsvägar baserade på literatur inom området.
Att generera icke-linjära töjningsvägar experimentellt är både tids och materialkrävande med den konventionella metoden, således är det andra syftet av denna avhandling att öka kunskapen kring test metoder för att generera icke-linjär töjningsbvägar i plåt. Baserat på Chandramohans \cite{chandramohan_study_2021} resultat diskuteras fem test procedurer för att generera icke-linjära töjningsvägar, och Nakajima test med modifierad stämpelgeometri valdes för vidare studie.
I denna avhandling studerades töjningsignaturen av två stämpelgeometrier med FEA i LS-DYNA. Till FEA:n användes tre ämnen med bredd av 50, 100 och 200mm, och anisotropiska Barlat yld2000 användes som materialmodell. Denna materialmodell kalibrerades mot experimentella mätvärden för mjukt stål CR4, Aluminiumlegering AA6016 och Stål DP800.
Resultaten visade för alla material återkommande generella icke-linjära töjningsbanor enbart för hörnorna på stansgeometrierna, vilket är icke önskvärda positioner då brott pga. midjebildning utvärderas, och således drogs slutsatsen att nuvarande stansgeometri inte är gynnsam och ytterligare utveckling behövs.
Place, publisher, year, edition, pages
2021.
Keywords [en]
Sheet metal forming (SMF), Non-Linear strain path (NLSP), Test procedures, Failure models, Finite Element (FE)
Keywords [sv]
Plåtformning, Icke-linjära töjningsbanor, Test procedurer, brott model, Finita Element (FE).
National Category
Applied Mechanics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:bth-21906OAI: oai:DiVA.org:bth-21906DiVA, id: diva2:1576277
External cooperation
Research Institutes of Sweden (RISE)
Subject / course
Degree Project in Master of Science in Engineering 30,0 hp
Educational program
MTACI Master of Science in Mechanical Engineering
Supervisors
Examiners
2021-07-012021-06-302022-05-12Bibliographically approved