Advanced high-strength steels (AHSS) for automotive applications generally exhibit an excellent combination of high strength and high formability resulting primarily from their high strain hardening capabilities. However, the material behavior of AHSS is still not fully identified and AHSS can show unpredictable and sudden failure as well as high and unpredictable spring back in sheet metal forming, which limits their usage in some applications. For the better application of the material, it is important to understand their plastic behavior and predict the onset of fracture in metals accurately. Especially in sheet metal forming, the anisotropy effect on the fracture strain should also be taken into consideration to consider the fracture behavior more properly since they show different mechanical properties resulting from their crystallographic structure and the characteristic of the rolling process.
The object of the study is to investigate the anisotropy effect of DP980 sheets on the fracture forming limit diagram (FFLD). In order to construct the FFLD, the history of equivalent plastic strain and strain path of the material point where the maximum equivalent plastic strain is observed just before the onset of fracture should be acquired at various loading paths. To utilize the data of various loading paths, three different types of tests are carried out to the facture including uniaxial tensile tests on classic dog-bone specimens, pure shear specimens and plane strain grooved specimens. Each specimen is made along three different orientations: the angle of 0˚ (rolling direction, RD); 45˚ (diagonal direction, DD); 90˚ (transverse direction, TD) with respect to the rolling direction of sheet metal to check the anisotropy effect on the fracture strain.
Strain measurements are performed using the 2-dimensional digital image correlation (DIC) system. DIC is an optical method which delivers whole-field noncontact measurement of strain providing the ability to accurately determine peak deformation as well as gradients over the entire area of interest. Fracture tests are carried out using Instron 5583 with dog-bone, pure shear and plane strain grooved specimen with deformation images captured by the high speed camera.
In order to reflect the influence of anisotropy on the fracture strain more, the Hill’48 yield function is applied to the Lou-Huh fracture model instead of von Mises yield function. And a modified Lou-Huh fracture model is represented in the space of strain path to use the experiment result directly. The history effect on the change of loading path, which should be considered for the damage accumulation in the material, is also applied to the modified Lou-Huh fracture model.
Based on the measured data from the tests, modified Lou-Huh fracture loci are constructed and represented with respect to the loading direction. The loci are also transformed into the fracture forming limit diagrams which is of great importance in automotive applications.
최근 들어 경량화 소재로써 자동차 산업에 사용되는 AHSS는 일반적으로 고변형률 경화 특성을 갖는 소재로 고강도와 더불어 높은 성형성을 갖는다. 그러나 현재 AHSS는 소재의 기계적 특성이 완벽하게 알려져 있지 않은 실정이며, 기존의 강재와는 달리 판재의 성형 공정 중에 예상치 못한 파단이 발생한다. AHSS 소재의 효율적인 사용을 위해서는 소재가 갖는 소성 거동을 정확하게 이해할 필요가 있으며, 성형 공정 중 재료의 파단을 정확하게 예측할 수 있어야 한다. 이방성으로 인해 판재는 판재 내 방향 별로 기계적 물성이 달라지게 되며, 이는 판재의 소성 거동과 파단에 영향을 미치게 된다. 따라서 판재의 거동을 정확하게 모사하기 위해서는 이방성의 영향 역시 필수적으로 고려되어야 한다.
본 연구의 목적은 DP980 소재의 파단성형한계도에 이방성이 미치는 영향을 분석하는 것이다. 파단성형한계도를 구성하기 위해서는 다양한 하중경로를 갖는 시편에 대한 파단시험이 필요하다. 다양한 하중경로의 구현은 시편의 형상을 통해 유도되며 본 연구에서는 세가지 하중경로를 갖는 특별한 형태의 시편(단축인장, 순수전단, 평면변형률인장)의 파단시험을 수행한다. 판재의 각 방향 별 파단성형한계도를 구성하기 위해 각 시편은 판재의 압연방향으로부터 0˚, 45˚, 90˚ 방향에 대해 제작되며, 제작된 파단시험을 통해 이방성이 파단변형률에 미치는 영향을 정량적으로 분석한다.
파단성형한계도를 구성하기 위해서는 파단 개시점의 변형률 정보가 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 파단시험 과정 중 시편 표면의 변형률을 2차원 DIC 기법을 사용하여 측정한다. 2차원 DIC 기법은 광학에 의한 변형률 측정법으로 비접촉식이며, 시편표면의 파단 개시부의 국부변형률의 측정이 가능하다. 모든 파단시험은 INSTRON5583을 이용하여 수행되며, 시험의 전 과정은 고속카메라로 촬영된다.
기존의 Lou-Huh 파단 모델에 이방성의 영향을 내포하기 위해 von Mises 등가응력 부분을 Hill’48 등가응력으로 대체한다. 또한 DIC 기법에서 획득한 시험데이터를 직접적으로 파단모델 구성에 이용하기 위해 수정된 Lou-Huh 파단모델을 변형률 경로 기반으로 변환한다. 파단시험 과정 중 발생하는 하중경로의 변화를 고려하기 위해 손상함수를 적용하여 수정된 Lou-Huh 파단모델의 계수를 결정한다. 최종적으로 파단시험을 통해 획득한 데이터를 토대로 판재의 각 방향에 따른 파단모델을 구성하고 파단성형한계도로 변환한다.
