مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی وتجربی تاثیر سرعت ابزار بر رشد ترک خستگی در اتصالات جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیوم 2024-T351

نویسندگان
1 کارشناس ارشد/ گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد
2 دانشجوی دکتری/ گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد
3 دانشیار دانشگاه فردوسی مشهد
4 استاد/ گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد
چکیده
فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بر روی ورق های آلیاژ آلومینیوم 2024-T351 در سرعت های دورانی 400، 630 و 800 دور بر دقیقه و سرعت های پیشروی 8، 16 و 25 میلی متر بر دقیقه انجام شده است. پس از آن با استفاده از روش تست استاندارد ASTM-E647 نرخ رشد ترک خستگی در نمونه های CT مورد بررسی قرار گرفته است. پس از مدل سازی فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، رشد ترک خستگی بر مبنای روش XFEM، در نمونه ها شبیه سازی شده است. در این تحلیل جهت بررسی آسیب در نمونه، از معیار آسیب تنش بیشینه استفاده شده است و معیار شکست بیشترین تنش اصلی در المان است. مقایسه نتایج تجربی و عددی رشد ترک خستگی نشان دهنده قابل اعتماد بودن روش شبیه سازی میباشد. بررسی تجربی و عددی تاثیر سرعت جوشکاری بر نرخ رشد ترک خستگی در نمونه ها نشان میدهد، نرخ رشد ترک در تمامی نمونه های جوشکاری به ازای مقادیر پایین تغییرات ضریب شدت تنش (K≤13 Mpa∆) کمتر از فلز پایه بوده و با افزایش تغییرات ضریب شدت تنش نرخ رشد ترک بسیار افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان میدهند، نمونه های جوشکاری شده با سرعتهای پایینتر خواص خستگی بهتری نسبت به فلز پایه دارند و افزایش سرعت دورانی و پیشروی ابزار نرخ رشد ترک خستگی را در نمونه ها افزایش میدهد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical and experimental investigation of welding speed effect on fatigue crack growth in friction stir welded 2024-T351 aluminum alloy

نویسندگان English

Ali Rastegar 1
Danial Ghahremani Moghadam 2
Khalil Farhangdoost 3
Masoud Tahani 4
1 M.SC/Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 PH.D/ Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
4 professor / Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده English

Friction stir welded butt joints were performed on sheets made of AA2024-T351 aluminum alloy at tool rotational speeds of 400, 630, 800 rpm and traverse speeds of 8, 16, 25 mm/min. The fatigue crack propagation rate was investigated according to standard ASTM-E647 in CT specimens. FE simulation of FSW process was implemented for different welding conditions and next the fatigue crack propagation was simulated using XFEM method. In this analysis, to assess the damage in the joints, maximum stress criterion is used. The maximum principal stress in element was the fracture criterion. Numerical results are in good agreement with the experiments so the simulation is reliable. The obtained results show that the tool rotational and traverse speed affect the fatigues crack growth rate. For all welded specimens crack propagation rate was slower than that of the base metal for low values of ∆K (∆K≤13 Mpa) but is much faster at high values of ∆K. Furthermore fatigue properties of specimens that welded with lower speeds are better than base metal and increase in rotational or traverse speeds of the tool will increase the crack propagation rate of the welded specimens.

کلیدواژه‌ها English

AA2024-T351
Friction Stir Welding
Aluminum Alloy 2024-T351
Fatigue Crack Propagation
finite element method
Tool Rotational and Traverse Speed