Calculation of forming limit curve for Grade 2 titanium using modified sample geometry

• Autorzy: Winowiecka J. , Lacki P.

Warianty tytułu

PL

Wyznaczanie krzywej odkształceń granicznych dla tytanu Grade 2 przy wykorzystaniu zmodyfikowanej geometrii próbek

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Commercially pure titanium Grade 2 has good drawability and tensile strength of about 340 MPa. It is the most widespread grade of titanium in the industry. Grade 2 is characterized by good strength properties, low density, corrosion and external factors resistance. It is widely used in chemical, automotive and aerospace industries. In the aerospace industry titanium Grade 2 is used for production of fuselages, stringers, ventilating ducts, and many other parts. The subject of the work is the forming limit curve (FLC) widely used in industry to determine the possibility of the occurrence of draw-parts defects. FLC is determined based on the relationship between minor and major strains. It is a representation of the limit strains in the plane of the sheets, which in order to avoid cracks, cannot be exceeded during sheet - metal forming. In the study forming limit curve was determined experimentally and the results were compared with the principal strain calculated in numerical simulations. Numerical simulations of the sheet - metal forming process were prepared in the PamStamp 2G v2012 program, using the finite element method. Forming simulation was carried out for specially designed samples with different lateral cut. The results of experimental studies at a depth corresponding to crack onset were compared with numerical calculations. Distributions of principal strain were determined for all specimens. The minor and major principal strains occurring in the forming samples before rupture onset were analyzed. Based on the results of numerical investigations forming limit curve for the titanium Grade 2 was determined. In experimental studies, in order to determine the plastic deformation ARAMIS system was used that enables non-contact measurements of three-dimensional deformations. The PamStamp 2G program and ARAMIS data acquisition process allowed for analysis of deformation and determination of the values of minor and major principal strains immediately before rupture. The numerical simulations considered technically dry friction and lubrication. This approach allowed for determining the effect of lubrication on strain distributions.

PL

Technicznie czysty tytan Grade 2 charakteryzuje się dobrą tłocznością i granicą wytrzymałością ok. 340 MPa. Jest najbardziej rozpowszechnionym gatunkiem tytanu w przemyśle. Grade 2 cechuje się dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi, małą gęstością, odpornością na korozję i czynniki zewnętrzne. Powszechnie wykorzystywany jest w przemysłach chemicznym, motoryzacyjnym i lotniczym. W przemyśle lotniczym z tytanu Grade 2 wykonuje się między innymi elementy kadłubów, wsporniki, kanały wentylacyjne. Przedmiotem pracy jest wyznaczenie krzywej odkształceń granicznych (KOG), stosowanej powszechnie w przemyśle do określania możliwości wystąpienia wad wytłoczek. KOG wyznacza się w oparciu o zależność pomiędzy odkształceniami głównymi najmniejszymi i największymi. Jest to reprezentacja odkształceń głównych w płaszczyźnie blach, które aby uniknąć pęknięć wytłoczki nic mogą być przekroczone w trakcie kształtowania. W pracy wyznaczano krzywą odkształceń granicznych stosując badania doświadczalne a wyniki odkształceń głównych odniesiono do symulacji numerycznych. Symulacje numeryczne procesu tłoczenia przygotowano w programie PamStamp 2G v20l2, wykorzystującego metodę elementów skończonych. Symulację tłoczenia przeprowadzono dla specjalnie zaprojektowanych próbek o różnych wycięciach. Wyniki tłoczenia z badań doświadczalnych przy głębokości tłoczenia dla której uzyskano pękniecie porównano z obliczeniami numerycznymi. Dla wszystkich próbek wyznaczano rozkłady odkształceń głównych. Analizowano odkształcenia główne największe i najmniejsze występujące w tłoczonych próbkach przed pęknięciem. W oparciu o rezultaty badań numerycznych wyznaczono krzywą odkształceń granicznych dla tytanu Grade 2. W badaniach doświadczalnych do określenia odkształceń plastycznych zastosowano system ARAMIS, umożliwiający bezkontaktowy trójwymiarowy pomiar odkształceń. Program PamStamp 2G oraz rejestracja procesu w systemie ARAMIS pozwoliły na analizę deformacji i wyznaczenie wielkości odkształceń głównych bezpośrednio przed pęknięciem. W symulacjach numerycznych rozważano tarcie technicznie suche oraz smarowanie. Dzięki temu było również możliwe określenie wpływu smarowania na rozkłady odkształceń.

Słowa kluczowe

EN

finite element method; titanium grade 2; forming limit curve

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 15, No.1
• Strony: 37--43
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys.

Twórcy

autor

Winowiecka J.

• Częstochowa University of Technology, Dąbrowskiego 69, 42-202 Częstochowa

autor

Lacki P.

• Częstochowa University of Technology, Dąbrowskiego 69, 42-202 Częstochowa

Bibliografia

• ARAMIS, 2009, ARAMS, ARGUS, SV1EW - FLC Computation v6.l.l and higher.
• ARAMIS, 2011, ARAMIS v6.3 and higher - User Manual. Adamus, J., 2009a, Theoretical and Experimental Analysis of the Sheet-Titanium Forming Process, Arch Metall Mater, 54, 705-709.
• Adamus, J., 2009b, Titanium and its Alloys as a Material Used for the Drawn-Parts, Inżynieria Materiałowa, 30, 310-313.
• Adamus, J.,Lacki, P., 2014, Analysis of Forming Titanium Welded Blanks, Computational Materials Science, 94, 66-72.
• Adamus, J., Lacki, P., Łyźniak, J.,Motyka, M., 2011, Optimization of the Stamping Process of A Deflector Element Made of Titanium Grade 2, Rudy i Metale Nieżelazne, 56, 588-593.
• Ávila, A.F.,Vieira, E.L.S., 2003, Proposing a Better Forming Limit Diagram Prediction: A Comparative Study, J Ma-ter Process Tech, 141,101-108.
• Badr, O.M., Rolfe, B., Hodgson, P., Weiss, M., 2014, Forming of High Strength Titanium Sheet at Room Temperature, Mater Design, in press.
• Banabic, D., 2010, A Review on Recent Developments of Marciniak-Kuczyński Model, Computer Methods in Ma-terials Science, 10, 225-237.
• Butuc, M. C, Gracio, J. J., Barata da Rocha, A., 2003, A Theoretical Study on Forming Limit Diagrams Prediction, J Mater Process Tech, 142, 714-724.
• Djavanroodi, F.,Derogar, A., 2010, Experimental and Numerical Evaluation of Forming Limit Diagram for Ti6A14V Titanium and A16061-T6 Aluminum Alloys Sheets, Mater Design, 31,4866-4875.
• Dong, W.-Q., Zhang, X.-L., 2014, Experimental Study on the Forming Limit Diagrams (FLD) of Aerospace Sheet Metal Materials, Journal of Plasticity Engineering, 21, 41-45.
• Goodwin, G. M., 1968, Application of Strain Analysis to Sheet Metal Forming Problems in the Press Shop, Metall
• Italiana, 60, 764-774.
• Hecker, S. S., 1975, Simple Technique for Determining Forming Limit Curves, Sheet Metal Industry, 53, 671-675.
• Hogström, P., Ringsberg, J. W.Johnson, E., 2009, An Experimental and Numerical Study of the Effects of Length Scale and Strain State on the Necking and Fracture Behaviours in Sheet Metals, Int J Impact Eng, 36, 1194-1203.
• Keeler, S. P., 1965, Determination of Forming Limits in Automotive Stampings, Sheet Metal Industry, 42, 683-691.
• Lacki, P., Adamus, J., Więckowski, W.,Winowiecka, J., 2013, Evaluation of Drawability of Titanium Welded Sheets, Arch Metali Mater, 58, 139-143.
• Marciniak, Z., Kuczyński, K., 1967, Limit Strains in the Process of Stretch-Forming Sheet Metal, Int J Mech Sci, 9, 609-620.
• Marciniak, Z., Duncan, J.L. and Hu, S.J., 2002, Mechanics of Sheet Metal Forming, Butterworth-Heinemann, London.
• Narayanasamy, R., Narayanan, C. Sathiya, 2006, Forming Limit Diagram for Indian Interstitial Free Steels, Mater Design, 27, 882-899.
• Narayanasamy, R., Narayanan, C. Sathiya, 2008, Forming, Fracture and Wrinkling Limit Diagram for IF Steel Sheets of Different Thickness, Mater Design, 29, 1467-1475.
• Oh, K. S., Oh, K. H., Jang, J. H., Kim, D. J. ,Han, K. S., 2011, Design and Analysis of New Test Method for Evaluation of Sheet Metal Formability, J Mater Process Tech, 211,695-707.
• Situ, Q., Jain, M. K., Metzger, D. R., 2011, Determination of Forming Limit Diagrams of Sheet Materials with a Hybrid Experimental Numerical Approach, Int J Mech Sci, 53, 707-719.
• Winowiecka, J., 2013, The Analysis of Springback of Titanium Sheet after Bending, Obróbka Plastyczna Metali, 24, 219-231.
• Winowiecka, J., Więckowski, W., Lacki, P., Adamus, J., 2014, Numeryczno-Doświadczalna Analiza Procesu Tłoczenia Spawanych Blach Tytanowych, Rudy i Metale Nieżelazne, 59, 173-181.
• Winowiecka, J., Więckowski, W., Zawadzki, M., 2013, Evaluation of Drawability of Tailor-Welded Blanks Made of Titanium Alloys Grade 2 || Grade 5, Comp Mater Sci, 77, 108-113.