27627

پيش بيني شكست ابزار در فرآيند همزني اصطكاكي با استفاده از شبيه‌سازي عددي و فيزيكي

ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1398

1401/07/26

عليرضا ايواني، محمدرضا ابوطالبي

مواد و متالورژي

شكست در ابزارهاي جوشكاري همزني اصطكاكي و فرآيند همزني اصطكاكي عامل اصلي خرابي دستگاه‌‌‌ها و بخصوص از بين رفتن ابزار است، كه ممكن است از نقطه نظر اقتصادي مضر باشد. براي پيش بيني شكست در اين ابزارها نياز است تا دانش كاملي از نحوه اعمال نيرو، شرايط دمايي و نحوه شكست آنها داشته باشيم. مي¬توان با ارائه¬ي هندسه¬ي بهينه براي ابزار، تغيير پارامترهاي جوشكاري و همچنين عمليات حرارتي ابزارها شرايطي را براي بهبود كيفيت عملكرد اين ابزارها ارائه داد. هدف از اين طرح بررسي تاثير شرايط فرايند همزني اصطكاكي و نوع طراحي بر شكست ابزار با استفاده از روش¬هاي شبيه‌سازي عددي و فيزيكي است. بدين منظور، ابتدا فرايند همزني اصطكاكي با استفاده از روش اجزا محدود شبيه‌سازي مي¬شود و تنش¬هاي وارده بر ابزار در هندسه و ابعاد مختلف تعيين مي‌گردند. سپس اعتبارسنجي نتايج حاصل از شبيه‌سازي به روش دمايي انجام مي¬شود، به طوري كه دماي قطعه كار حين عمليات همزني اصطكاكي با استفاده از ترموكوپل سنجيده شده و با نتايج آناليز دمايي شبيه‌سازي اجزا محدود مقايسه مي¬شود. در پايان با بسط نتايج شبيه‌سازي فيزيكي و عددي مي¬توان شرايط بهينه طراحي ابزار را براي فرايند‌هاي مختلف همزني اصطكاكي تعيين نمود. نتايج حاصل از شبيه‌سازي نشان دهنده تمركز تنش در ناحيه اتصال بين پين و شانه بود كه با ايجاد فيلت منحني در اين ناحيه از ميزان اين تمركز تنش كاسته مي¬شود. همچنين اعتبارسنجي دمايي نشان دهنده نتايج صحيح حاصل از شبيه‌سازي بود.

1401/10/11

Prediction of failure in friction stir processing tools using 3D FEM simulation

10/18/2023 12:00:00 AM

Failure in Friction Stir Processing/Welding tools is among the main reasons for damage to FSP machines and, in many cases, destruction of these machines. From an economic point of view, this failure may be catastrophic. Thus, for prediction failure in these tools, we need to understand how loads are acting on these tools during the FSP Process, temperature distribution, and the failure mode. To enhance these tools’ utilization, we can change the geometry of the tools and welding parameters. Also, heat treatment would be a good option. This study discussed the effect of welding parameters and tool geometry on stress applying to FSP tools by a thermo-mechanical model using Deform 3D finite element commercial code. Firstly, the FSP process was simulated by FEM, and the stresses applied to the tool were extracted. Secondly, the simulation temperature distribution results were verified by in-situ temperature measurement using two thermocouples. The simulation results showed stress concentration in the pin root at the interface between shoulder and pin, which is susceptible to fracture. Stress concentration is reduced by applying a round fillet at the pin’s root and tip.

فرايند همزني اصطكاكي , جوشكاري همزني اصطكاكي , المان محدود , آناليز تنشي

Friction Stir Processing , Friction stir welding , Finite element method , Stress analysis

Hadi Salehi

Alireza Eivani, Mohammadreza Aboutalebi