Investigation of the deep drawability of steel and aluminum sheets by finite element simulation

oz ÇELİK VE ALÜMİNYUM SACLARININ DERİN ÇEKİLEBİLİRLİĞİNİN SONLU ELEMAN BENZETİMİ İLE ARAŞTIRILMASI Sönmez, Çağlar Yüksek Lisans, Metalürji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi : Doç. Dr. C. Hakan Gür Yardımcı Tez Yöneticisi : Prof. Dr. -Ing. A. Erman Tekkaya Nisan 2005, 221 sayfa Sac şekillendirme işlemleri, özellikle derin çekme prosesleri farklı malzemelerle oldukça değişik sonuçlar verir. En büyük farklılıklar çelik ve alüminyum sacları arasında oluşur. Bu farklılıkların ana kaynaklan anisotropi, elastik modül ve mikroskobik malzeme özellikleridir. Bu tez çalışması sonlu eleman benzetimi ile alüminyum ve çelik saclarının derin çekme işlemlerini değerlendirmeye ve bu işlemler için uygun parametreler geliştirmeye odaklanmaktadır. Simülasyonlar için bir ticari, dinamik-eksplisit kodu olan PAM-STAMP programı kuUanılmıştır. Bu sonlu eleman paket programının güvenilirliği NUMISHEET'in 2002 bençmarklan ile karşılaştırmalar yapılarak sınanmıştır. Ayrıca, hâlihazırda üretilmekte olan ticari bir parçanın sayısal modellenmesi de deneysel sınama amacıyla yapılmıştır. Simülasyonlardan elde edilen bulgular Metalürji ve Malzeme Mühendisliği ve Makine Mühendisliği vıBölümlerinde yapılan testlerle karşılaşünlmıştır. Son olarak sayısal analiz bulguları analitik çözümlerle de karşılaştırılıp doğrulanmıştır. Derin çekilebilİrlik karşılaştırılması için derin çekme kalitesinde bir yumuşak çelik ve 6111-T4 kodlu bir alüminyum alaşımı kullamlmıştır. Deneysel doğrulama çalışmasında ise St4 kodlu bir çelik malzeme incelenmiştir. Sonuçlar alüminyum ve çelik malzemelerin derin çekme işlemleri sonucu yetmezlik noktası, buruşma ve son şekil açılarından farklı davranışlar gösterdiklerini doğrulamıştır. Anahtar Kelimeler: Derin Çekme, Alüminyum, Çelik, Sonlu Eleman Analizi, Dinamik-Eksplisit yöntem. vıı ABSTRACT INVESTIGATION OF THE DEEP DRAWABILITY OF STEEL AND ALUMINUM SHEETS BY FINITE ELEMENT SIMULATION Sönmez, Çağlar M.S., Department of Metallurgical and Materials Engineering Supervisor : Assoc. Prof. Dr. C. Hakan Gür Co-Supervisor: Prof. Dr. -frig. A. Erman Tekkaya April 2005, 221 pages Sheet metal forming processes, especially deep drawing processes give diverse results by various materials. Extreme differences occur between steel sheets and aluminum sheets. The main causes of this variance are anisotropy, elastic modulus and microscopic material properties. The aim of this thesis is to evaluate the deep drawing properties and also to develop suitable process parameters for aluminum and steel sheets by finite element simulation. In the simulation, the commercial dynamic-explicit code PAM-STAMP has been used. The reliability of the finite element package was verified by a comparison with the NUMISHEET 2002 benchmarks. Additionally, a commercial part is numerically simulated for experimental verification. The results of the simulations have been compared with several experiments that were performed in IVMetallurgical and Materials Engineering and Mechanical Engineering Departments. Finally, the simulation results are compared with analytical expressions for verification of results. The materials investigated for the deep drawability comparison is a deep drawing quality mild steel and an aluminum alloy designated as 6111-T4. For experimental verification St4 steel is used. Results are in agreement with the fact that aluminum and steel materials behave differently upon deep drawing in terms of the onset of failure, wrinkling and final shape. Aluminum is found to be less formable than steel for cup drawing operations. Keywords: Deep Drawing, Aluminum, Steel, Finite Element Analysis, Dynamic- Explicit method. 245