14153

14153

حل تحليلي و مطالعه آزمايشگاهي تاريخچه حرارتي و توزيع دما در جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي زير آب

دكتري

مكانيك

دي ماه 1393

دي ماه 1393

دكتر محمد حق‌پناهي

مكانيك

چكيده جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي زير آب مي‌تواند باعث افزايش كاربرد جوشكاري حالت جامد در صنايع دريايي گردد. همچنين از آنجايي كه تاريخچه حرارتي تأثير قابل توجهي بر خواص اتصالات بدست آمده با استفاده از اين روش جوشكاري دارد، استفاده از آب مي‌تواند به عنوان ابزاري براي ميل دادن خواص جوش‌هاي بدست آمده به خواص مورد نظر باشد. از اين رو مطالعه توزيع دما مي‌تواند اولين قدم براي مطالعه و پيش بيني رفتارهاي جوش‌هاي حاصله از جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي زير آب باشد. در اين راستا در اين رساله به استخراج يك مدل تحليلي براي پيش بيني توزيع دما در جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي زير آب پرداخته مي‌شود. به اين منظور در ابتدا به استخراج يك مدل تحليلي براي پيش‌بيني ميدان دمايي در اطراف يك منبع سه بعدي با شار گرمايي غير يكنواخت متحرك در يك صفحه محدود به عنوان ابزار جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي پرداخته مي‌شود. در ادامه امكان در نظرگيري شرايط دمايي اوليه غير يكنواخت مورد توجه قرار مي‌گيرد تا با استفاده از آن بتوان تأثير ميدان دمايي غير يكنواخت ناشي از مرحله پيش گرمايش را در مراحل بعدي جوشكاري در نظر گرفت. در نهايت به منظور آنكه بتوان انتقال حرارت غير يكنواخت را كه ناشي از رژيم‌هاي مختلف جوشش آب در حين فرايند جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي زير آب است در نظر گرفت، به استخراج مدلي توسعه يافته كه توانايي اعمال شرايط مرزي متغير با زمان و مكان را دارد، پرداخته مي‌شود. به اين منظور از يك حل مرتبه بالا كه حاصل جمع يك حل مرتبه پايين و جمله اصلاحي است،بهره گرفته مي‌شود تا بتوان بر كوپل معادلات ديفرانسيل دمايي حاصله فائق آمد. در ادامه به منظور استخراج پارامترهاي نامعلوم مانند بازده حرارتي ابزار جوشكاري زير آب از طريق كاليبراسيون نتايج تحليلي و نتايج آزمايشگاهي و همچنين صحه‌گذاري مدل‌هاي تحليلي ارائه شده، سيزده آزمايش مختلف توسط يك گيره مخصوص كه نه تنها امكان جوشكاري زير آب را فراهم مي‌سازد بلكه توانايي استخراج همزمان نيروهاي اعمال شده و ميدان دمايي را نيز دارا مي‌باشد، انجام مي‌پذيرد. لازم به ذكر است كه در نهايت مدل‌هاي تحليلي ارائه شده تحت عنوان مدل تحليلي سه رينگي كه هر رينگ با ابزار جوشكاري حركت كرده و بيان گر يك رژيم جوشش است، تك رينگي (با ضريب انتقال حرارت W/(m^2 K) 10000 در ناحيه خارج ابزار) و انتقال حرارت ثابت، مورد بررسي قرار مي‌گيرند.در نهايت نشان داده شد كه مدل تحليلي سه رينگي و تك رينگي با بازده حرارتي ابزار برابر 37 %، نتايجي با قرابت مناسب با نتايج آزمايشگاهي بدست مي‌دهند. اين در حالي است كه نتايج مدل با انتقال حرارت يكنواخت آب خطاي قابل ملاحظه اي را نسبت به نتايج آزمايشگاهي نشان مي‌دهد. كلمات كليدي: جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي زير آب، مدل تحليلي دمايي، مطالعه آزمايشگاهي، شرايط مرزي غير يكنواخت و متغير با زمان، بازده حرارتي ابزار جوشكاري زير آب