Modelling and numerical simulation of unbounded hydro-bulging of laser welded tubular blanks

• Autorzy: Hyrcza-Michalska M. , Lisok J. , Sikorski Sz.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie i numeryczna symulacja swobodnego hydromechanicznego rozpęczania rur spawanych laserowo

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Hydroforming, including hydro-bulging, offers several advantages compared with conventional manufacturing via stamping and welding, such as the part consolidation, weight reduction, improved structural strength and stiffness, lower tooling costs, fewer secondary operations, low springback, and reduced the scrap. The increasing demand for highly complex shapes of elements such as: car exhaust systems, connector tubes, branch-joins, car body frames, car roof frames, etc., require developing hydro-mechanical processes of tubes forming. The results of numerical simulation of unbounded hydro-bulging of laser welded tubular blanks have been presented in the paper. The modelling of tubes bulge forming is connected with recognition of many different problems comparing to modelling of laser welded sheets. The experience in domain of modelling study of laser welded blanks stamping processes has been used to predict the results of physical and numerical modelling of tubular blanks hydro-bulging tests. Tubular laser welded blanks have forming properties considerably different from homogenous blanks, therefore special models are required for treatment of the material joint in numerical simulation. Modelling of a weld joint by rigid connection is not enough in many cases. Construction of mathematical models based on discrete measurements of inputs and outputs has been discussed. Finite elements method (FEM) has been used for modelling the tubes shape. Physical model of the joint has been used in the numerical models and numerical simulations have been carried out with the P AM STAMP 2G software program. PAM STAMP 2G is a complete, integrated, scalable and streamlined stamping solution. It covers the entire tooling process from quotation and die design through formability and try-out validation. Numerical results will be compared with experimental ones for tubes made from sheet of DX54D+Z grade of steel. Both physical and numerical modelling show many differences between local strain distribution on the tube shape, especially regarding the area of laser joint and parallel area on the same tube with out the joint. The experimental tests verification has been realized on the specially designed laboratory stand for hydro-mechanical forming of tubes. This stand has been prepared taking into account the analysis of laser welded blanks flow during the hydraulic bulging tests and the tubes bulging tests by inner liquid pressure.

PL

Kształtowanie hydromechaniczne, w tym rozpęczanie hydrauliczne, oferuje liczne korzyści związane z przemysłowym tłoczeniem i spawaniem, jak łączenie części, redukcja masy, wzrost wytrzymałości i sztywności konstrukcji, niższe koszty wytwarzania narzędzi, mniejszą ilość zabiegów międzyoperacyjnych, mniejsze sprężynowanie oraz redukcję ilości powstającego złomu. Zapotrzebowanie na zróżnicowane kształtem elementy samochodów, jak: elementy systemu wydechowego, łączniki, rozgałęźniki, ramy samochodowe, konstrukcje dachów, wymaga rozpoznania procesów hydromechanicznego kształto-wania rur. W referacie przedstawione zostały wyniki numerycznej symulacji swobodnego, hydromechanicznego rozpęczania rur spawanych laserowo. Modelowanie rozpęczania rur jest związane z rozpoznaniem wielu odmiennych zagadnień w porównaniu do modelowania wybrzuszania wsadów spawanych laserowo. Doświadczenie w dziedzinie badań modelowych tłoczenia blach spawanych laserem wykorzystano do przewidywania wyników fizycznego i numerycznego modelowania procesów rozpęczania wsadów rurowych. Właściwości tłoczne rur spawanych lasero-wo zasadniczo różnią się od właściwości blach jednorodnych, stąd do numerycznej symulacji wymagane są specjalne modele materiałowe opisujące właściwości w strefie połączenia materiału. Modelowanie linii spoiny, jako sztywnego połączenia, nic jest wystarczające do opisu tego przypadku. Dlatego też, omówiono model matematyczny skonstruowany w oparciu o dyskretyzację elementów wejściowych i wyjściowych. Do modelowania kształtu rury wykorzystano metodę elementów skończonych (MES). Model fizyczny strefy połączenia został wykorzystany do numerycznego modelowania i symulacji przy zastosowaniu oprogramowania PAM STAMP 2G. Program ten jest kompletnym, zintegrowanym, wielokierunkowym rozwiązaniem, wykorzystywanym do opisu kształtowania powłok. Zawiera ukryte. gotowe nakładki systemowe do projektowania narzędzi, po-cząwszy od wyjściowego kształtu narzędzi z możliwością całkowitej zmiany w trakcie procesu projektowania i oceny wyników prób tłoczenia. Wyniki numerycznej symulacji będą porównywane z wynikami eksperymentów dla rur wykonanych z blachy w gatunku DX56D+Z. Zarówno fizyczne, jak i numeryczne modelowanie wykazuje znaczne zróżnicowanie rozkładów odkształceń lokalnych na powierzchni rury, szczególnie porównując obszar spoiny laserowej i odpowiadający mu równoległy obszar tej samej rury bez spoiny. Eksperymenty weryfikujące wyniki symulacji realizowano na specjalnie zaprojektowanym laboratoryjnym stanowisku do badania procesu hydromechanicznego kształtowania rur. Stanowisko to zbudowano biorąc pod uwagę wyniki analizy plastycznego płynięcia wsadów spawanych laserowo w próbach wybrzuszania cieczą oraz wyniki prób kształtowania rur we-wnętrznym ciśnieniem cieczy.

Słowa kluczowe

EN

tubular welded blanks; formability; motorization; modelling; numerical simulation; FEM; hydroforming; hydro-bulging; program PAM STAMP 2G

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 7, No. 3
• Strony: 337--346
• Opis fizyczny: Bibliogr. 4 poz., rys.

Twórcy

autor

Hyrcza-Michalska M.

• Silesian University of Technology, Katowice, Poland

autor

Lisok J.

autor

Sikorski Sz.

Bibliografia

• Siegert, K., Haussermann, M., Losch, B., (2000) Recent devel-opments in hydroforming technology, J. Mat. Proc. Techn., 98,251-258.
• Piela, A., 2005, Urządzenie do badań procesu hydromechanicznego kształtowania rur spawanych laserowo, Proc 12th Conf. Forming 2005, Lednice, 215-220, (in Polish).
• Piela, A., Hyrcza-Michalska, M., Lisok, J., Sikorski, S., 2006, Zastosowanie technik komputerowych do tworzenia bazy charakterystyk technologicznej podatności materiału do hydromechanicznego kształtowania, Proc 13th Conf. KomPlasTech 2006, eds, Szeliga, D., Pietrzyk, M., Kusiak, J., Szczawnica, 2006, 39-44, (in Polish).
• Rojek, J., Piela, A., Lisok, J., 2003, Numerical simulation of tailor welded blanks, Computer Methods in Mechanics CMM-2003, Gliwice, 305-310.