مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه‌سازی المان محدود فرآیند جوشکاری اصطکاکی دورانی لوله‌های غیرهم‌جنس

نویسندگان
جواد هاشمی خسروشاهی 1
محمد حسین صادقی 2
امیر راستی 3
سینا صباغی فرشی 4
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران
2 استاد دانشگاه تربیت مدرس
3 دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی مکانیک
4 دانشجوی کارشناسی‌ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران
چکیده
در این پژوهش، شبیه‌سازی المان محدود فرایند جوشکاری اصطکاکی دورانی دو لوله غیر هم‌جنس ASTM A106-B و AISI 4140 ارائه شد. با استفاده از طرح آزمایش کسری، تأثیر پارامترهای اصلی جوشکاری شامل سرعت دورانی، فشار اصطکاکی، زمان اصطکاکی، فشار آهنگری و زمان آهنگری بر میزان کوتاه‌شدگی نمونه‌های بعد از جوشکاری مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به وجود تغییرشکل شدید در این فرایند و جلوگیری از ایجاد المان‌های اعوجاج یافته از تکنیک مش‌ریزی مجدد ابتکاری و اسکریپت‌نویسی در نرم‌افزار آباکوس استفاده گردید. در مجموع 27 مدل‌سازی المان محدود و 3 آزمون تجربی جهت اعتبارسنجی انجام گرفت. نتایج نشان داد که افزایش تمامی پارامترهای فرایند، کوتاه‌شدگی بیشتر اتصال را در پی دارد. پارامتر فشار اصطکاکی نیز با 33.9% بیش‌ترین تأثیر را بر میزان کوتاه‌شدگی نمونه‌ها دارا بود. علاوه بر این، افزایش فشار و زمان آهنگری تا مقدار محدودی کوتاه‌شدگی قطعات را افزایش داده و پس از آن بی‌تأثیر بودند. از سوی دیگر، میزان دمای تعادلی در سطح اتصال در حدود 1250 درجه سانتی‌گراد بود که بعد از حدود 2 ثانیه از شروع فرایند ایجاد می‌شد. نتایج آزمون‌های اعتبارسنجی نیز بیانگر وجود خطای شبیه‌سازی در حدود 5.6% بود که نشان از مطابقت بالای مدل المان محدود با شرایط تجربی فرایند دارد.
کلیدواژه‌ها
شبیه‌سازی المان محدود
جوشکاری اصطکاکی دورانی
روش مش‌ریزی مجدد

عنوان مقاله English

Finite element modelling of rotary friction welding of dissimilar pipes

نویسندگان English

JAVAD HASHEMI KHOSROWSHAHI 1
Mohammad Hossein Sadeghi 2
amir rasti 3
SINA SABBAGHI FARSHI 4
1 tarbiat modares university, faculty of mechanical engineering
2 Tarbiat Modares University
3 tarbiat modares university
4 tarbiat modares university, faculty of mechanical engineering
چکیده English

In this paper, finite element modeling of friction welding of two ASTM A106-B and AISI 4140 dissimilar pipes is investigated. The effect of the friction welding parameters including rotation speed, friction pressure, friction time, forging pressure and forging time on the axial shortening are investigated using a fractional factorial design method. Because of the extreme material deformation, an innovative remeshing technique was scripted in Abaqus CAE to prevent the creation of distorted elements. 27 models were solved and 3 validation experimental tests were carried out. Results showed that increasing the all parameters cause larger axial shortening. Friction pressure with 33.9% had the most effect on the axial shortening. Moreover, an increase in forging pressure and forging time has a limited effect on the axial shortening. After about 2 seconds from the beginning of the welding, the temperature of the interface becomes steady at about 1250°C. The validation tests revealed that the simulation error was about 5.6% which shows a good agreement between the finite element results and the experimental data.

کلیدواژه‌ها English

Finite Element Modeling
Rotary Friction Welding
Remeshing method
[1] AWS, Recommended Practices for Friction Welding, American Welding Society, 2009, pp. 1-2.
[2] M. Maalekian, Friction welding–critical assessment of literature, Science and Technology of Welding & Joining, Vol. 12, No. 8, pp. 738-759, 2007.
[3] M. C. Chaturvedi, Welding and Joining of Aerospace Materials, pp. 25-33, Cambridge, UK: Elsevier, 2011.
[4] C. L. Jenney, A. O’Brien, Welding Handbook, Volume 1–Welding Science and Technology, 9 ed., pp. 23-24, Miami: American Welding Society, 2001.
[5] A. Służalec, Thermal effects in friction welding, Mechanical Sciences, Vol. 32, No. 6, pp. 467-478, 1990.
[6] A. Moal, E. Massoni, Finite element simulation of the inertia welding of two similar parts, Engineering Computations, Vol. 12, No. 6, pp. 497-512, 1995.
[7] L. D’Alvise, E. Massoni, S. Walløe, Finite element modelling of the inertia friction welding process between dissimilar materials, Materials Processing Technology, Vol. 125, No. 1, pp. 387-391, 2002.
[8] B. Grant, M. Preuss, P. Withers, G. Baxter, M. Rowlson, Finite element process modelling of inertia friction welding advanced nickel-based superalloy, Materials Science and Engineering: A, Vol. 513, No. 1, pp. 366- 375, 2009.
[9] W. Liu, F. Wang, X. Yang, W. Li, Upset Prediction in Friction Welding Using Radial Basis Function Neural Network, Advances in Materials Science and Engineering, Vol. 2013, No. 1, pp. 9, 2013.
[10] W. Li, F. Wang, Modeling of continuous drive friction welding of mild steel, Materials Science and Engineering: A, Vol. 528, No. 18, pp. 5921-5926, 2011.
[11] Zohoor, S. Amirkhani, Investigation of cross sectional geometry on temperature and properties of welded area in the rotational friction welding process for AL-7075-T6, Modares Mechanical Engineering, Vol. 16, No. 8, pp. 13-20, 2016.
[12] C. Bennett, T. Hyde, P. Shipway, A transient finite element analysis of thermoelastic effects during inertia friction welding, Computational Materials Science, Vol. 50, No. 9, pp. 2592-2598, 2011.
[13] C. Bennett, Finite element modelling of the inertia friction welding of a CrMoV alloy steel including the effects of solid-state phase transformations, Manufacturing Processes, Vol. 18, No. 1, pp. 84-91, 2015.
[14] M. Maalekian, E. Kozeschnik, H. Brantner, H. Cerjak, Comparative analysis of heat generation in friction welding of steel bars, Acta Materialia, Vol. 56, No. 12, pp. 2843-2855, 2008.
[15] E. O. Bouarroudj, S. Chikh, S. Abdi, D. Miroud, Thermal analysis during a rotational friction welding, Applied Thermal Engineering, Vol. 110, No. 1, pp. 1543-1553, 2017.
[16] W. Li, F. Wang, S. Shi, T. Ma, Numerical simulation of linear friction welding based on ABAQUS environment: Challenges and perspectives, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 23, No. 2, pp. 384- 390, 2014.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 1
فروردین 1397
صفحه 423-432