11
ارة دوم، پا، شم سال سومي ي و زمستان ز1393 77 حمدعلدرضا محم م ي ها1 ، حس ي ن قره باغ ي2 1 ستاد ا ي ارانشكدتصال دش و احقيقات جو مركز ت ة ايران، تهرانلم و صنعتنشگاه عيع، دا مهندسي صنا، [email protected] 2 كار شس ارشد نا مهندس يفضا هوا، ايران، تهرانلم و صنعتنشگاه عنيک، داشكدة مهندسي مكاگي و شكست دان آزمايشگاه خست تار ي خ در ي افت:14 / 11 / 1393 تار ي خ پذ ي رش:16 / 12 / 1393 I

يغابهرق نيسح ، اهيلعدمحم اضردمحم · “Finite element modeling of friction stir welding-thermal and thermo mechanical analysis.” International Journal

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: يغابهرق نيسح ، اهيلعدمحم اضردمحم · “Finite element modeling of friction stir welding-thermal and thermo mechanical analysis.” International Journal

77 1393ز و زمستان ييسال سوم، شمارة دوم، پا

2يباغ ن قرهيحس، 1هايمحمدرضا محمدعل [email protected]، مهندسي صنايع، دانشگاه علم و صنعت ايران، تهران ةمركز تحقيقات جوش و اتصال دانشكدار ياستاد 1

آزمايشگاه خستگي و شكست دانشكدة مهندسي مكانيک، دانشگاه علم و صنعت ايران، تهران، هوافضا يمهندس ناس ارشدشكار 2

14/11/1393افت: يخ دريتار 16/12/1393رش: يخ پذيتار

I

Page 2: يغابهرق نيسح ، اهيلعدمحم اضردمحم · “Finite element modeling of friction stir welding-thermal and thermo mechanical analysis.” International Journal

هوافضا يدانش و فناور نشريه 78

AL 5052

6082-T67108-T79

7050-

T7451

6061-T651

6061-T6

AL 5083

I

I

Page 3: يغابهرق نيسح ، اهيلعدمحم اضردمحم · “Finite element modeling of friction stir welding-thermal and thermo mechanical analysis.” International Journal

79 1393زمستان ز و ييپاسال سوم، شمارة دوم،

6061-T6

درز جوش طوليشکل با اي شماتيک از پوستة استوانه يي. نما1شکل

Page 4: يغابهرق نيسح ، اهيلعدمحم اضردمحم · “Finite element modeling of friction stir welding-thermal and thermo mechanical analysis.” International Journal

هوافضا يدانش و فناور نشريه 80

[24گون گلداک ] منبع حرارتي، مدل دو بيضياز شماتيک ينماي. 2شکل

6061-T6

آلومينيومي ةبعدي پوست دل المان محدود سه. م3شکل

Page 5: يغابهرق نيسح ، اهيلعدمحم اضردمحم · “Finite element modeling of friction stir welding-thermal and thermo mechanical analysis.” International Journal

81 1393زمستان ز و ييپاسال سوم، شمارة دوم،

اري قوسـد جوشکـينبراي فرا دمايي ـةايج تاريخچـ. نت4شکل

شده آلومينيومي تحليل ظبا پوشش گاز محافظ در پوست تنگستن

شده حاصل تحليل ةنتايج تنش پسماند طولي در پوست. 5شکل

ظـاز محافـوشش گـن با پـوس تنگستـاري قـد جوشکـينااز فر

T6 [26]-6061 . خواص حرارتي و مکانيکي وابسته به دما براي آلومينيوم آلياژ1جدول

I

II

III

0

100

200

300

400

500

600

0 5 10 15 20 25 30

ا دم

يوسسل

ه جرد

) (ثانيه)زمان

-50

0

50

100

150

200

0 5 10 15 20 25

ي ول

طد

انسم

پش

تن(

لکا

سپاگا

م)

(ميليمتر)فاصله از خط جوش

Page 6: يغابهرق نيسح ، اهيلعدمحم اضردمحم · “Finite element modeling of friction stir welding-thermal and thermo mechanical analysis.” International Journal

هوافضا يدانش و فناور نشريه 82

φ

ca

خارجي استوانهة . ترک سطحي طولي در جدار6شکل

بيضوي طولي نيمه ة ضرايب شدت تنش براي ترکمحاسب

بندي استوانه . تقسيم7شکل

دار ترک ةبراي مدلسازي پوست

بندي اطراف جبهة ترک براي مدلسازي ترک نيم بيضوي . تقسيم8شکل

Page 7: يغابهرق نيسح ، اهيلعدمحم اضردمحم · “Finite element modeling of friction stir welding-thermal and thermo mechanical analysis.” International Journal

83 1393ز و زمستان ييسال سوم، شمارة دوم، پا

KI

J

IKI

IIIII

I

I

I

I

I

I

I

0

0KI

90

Page 8: يغابهرق نيسح ، اهيلعدمحم اضردمحم · “Finite element modeling of friction stir welding-thermal and thermo mechanical analysis.” International Journal

هوافضا يدانش و فناور نشريه 84

API RP

– 579PD 6493

بندي اطراف نوک ترک . مش9شکل

ترک ة زواياي مختلف جبه I. نمودار توزيع ضريب شدت تنش مود 10شکل

هاي مختلف ترک طولي و تحت بارگذاري فشار داخلي در براي اندازه

دار استوانه جدارنازک ترک

براي يک سري از I. نمودار توزيع ضريب شدت تنش مود 11شکل

حضور ميدان تنش هاي ترک طولي تحت بارگذاري فشار داخلي و در اندازه

پسماند جوشکاري

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

ک يود

مش

تنت

شدب

ريض

(M

Pa.

mm

0.5

)

(درجه)زاويه جبهه ترک

c/t=5/8 c/t=6/8 c/t=7/8

c/t=8/8 c/t=9/8 c/t=10/8

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

ک يود

مش

تنت

شدب

ريض

(M

Pa.

mm

0.5

)

(درجه)زاويه جبهه ترک

c/t=5/8 بدون تنش پسماند

c/t=5/8 با تنش پسماند

c/t=10/8 بدون تنش پسماند

Page 9: يغابهرق نيسح ، اهيلعدمحم اضردمحم · “Finite element modeling of friction stir welding-thermal and thermo mechanical analysis.” International Journal

85 1393زمستان ز و ييپاسال سوم، شمارة دوم،

6061-T6

HAZ

I

0

KI

KIKI

c/t = 5/8c/t =

10/8

6061-T6MPa m0.5

[1] Li, Jun, Jian G. Yang, Hai L. Li, De J. Yan, Hong

Y. Fang. “Numerical simulation on bucking

distortion of aluminum alloy thin-plate

Weldment.” Frontiers of Materials Science in

China 3 (1), 2009, pp. 84-88.

[2] Cañas, J., R. Picón, F. Pariís, A. Balzquez, J.

Marín. “A simplified numerical analysis of

residual stresses in aluminum welded plates.”

Computers & Structures 58 (1), 1996, pp. 59–69.

[3] Frigaard, O., O. Grong, T. Midling. “A process

model for friction stir welding of age hardening

aluminum alloys.” Metallurgical and Materials

Transactions A 32 (5), 2001, pp. 1189-1200.

[4] Ulysee, P. “Three-dimensional modeling of the

friction stir-welding process.” International

Journal of Machine Tools and Manufacture 42

(14), 2002, pp. 1549-1557.

[5] Khandkar, M.Z.H., J.A. Khan, A.P. Reynolds.

“Predictions of temperature distribution and

thermal history during friction stir welding: input

torque based model.” Science and Technology of

Welding and Joining 8 (3), 2003, pp. 165-174.

[6] Chen, C.M., R. Kovacevic. “Finite element

modeling of friction stir welding-thermal and

thermo mechanical analysis.” International

Journal of Machine Tools & Manufacture 43

(13), 2003, pp. 1319-1326.

[7] Zaeem, Mohsen A., M.R. Nami, M.H. Kadivar.

“Prediction of welding buckling distortion in a

thin wall aluminum T joint.” Computational

Materials Science 38 (4), 2007, pp. 588-594.

[8] SattariFar, Iraj, M.R. Farahani. “Effect of the

weld groove shape and pass number on residual

stresses in butt-welded pipes.” International

Page 10: يغابهرق نيسح ، اهيلعدمحم اضردمحم · “Finite element modeling of friction stir welding-thermal and thermo mechanical analysis.” International Journal

هوافضا يدانش و فناور نشريه 86

Journal of Pressure Vessels and Piping 86 (11),

2009, pp. 723–731.

[9] Roelens, J.B. “Numerical simulation of some

multipass submerged arc welding determination

of the residual stresses and comparison with

experimental measurements.” Welding in The

word 35 (2), 1995, pp. 17-24.

[11] Runnemalm, Henrik, R. Lin. “Investigation of

Residual Stresses in a Laser Welded Pipe by

Finite Element Simulations and Neutron

Diffraction Measurements”, the 5th International

Conference on Residual Stresses, Linköping,

Sweden, 1997.

[12] Mochizuki, Masahito, Makoto Hayashi, Toshio

Hattori. “Numerical Analysis of Welding

Residual Stress and its Verification Using

Neutron Diffraction Measurement.” ASME

Journal of Engineering Materials and

Technology 122 (1), 2000, pp. 98-103.

[13] Underwood, J.H. “Stress intensity factor for

internally pressurized thick walled cylinders.”

ASTM National Symposium on Fracture

Mechanics 5 (3), 1971, pp. 59-72.

[14] Kobayashi, A.S. “A simple procedure for

estimating stress intensity factor in regions high

stress gradients.” WASHINGTON: Significance

of defects in welded structures, Defense

Technical Information Center, 1973.

[15] Atluri, S.N., K. Kathirsan. “Outer and Inner

Surface Flaws in Thick-Walled Pressure

Vessels.” Transaction of the Fourth International

Conference on Structure Matreial in Reactor

Technology, San Francisco, California, 1977.

[16] McGowan, J.J., M. Raymund. “Stress intensity

factor for internal longitudinal semi-elliptical

surface flaws in a cylinder under arbitrary

loading.” ASTM STP 677, 1979, pp. 365-380.

[17] Newman, J.C., I.S. Raju. “Stress intensity factor

for internal surface cracks in Cylindrical pressure

vessels.” Journal of Pressure Vessel Technology

102, 1980, pp. 342-346.

[18] Raju, I.S., J. C. Newman. “Stress intensity factor

for internal and external surface cracks in

Cylindrical vessels.” Journal of Pressure Vessel

Technology 104, 1982, pp. 293-298.

[19] Kirkhope, K.J., R. Bell, J. Kikhope. “Stress

intensity factors equations for single and multipe

cracked pressurized thick walled cylinders.”

International Journal of Pressure Vessel and

Piping 41, 1990, pp. 103-111.

[20] Kirkhope, K.J., R. Bell, J. Kikhope. “Stress

intensity factors equations for single and multipe

semi elliptical surface cracks in pressurized thick

walled cylinders.” International Journal of

Pressure Vessel and Piping, 47, 1991, pp. 247-

257.

[21] Zheng, X.J., G. Glinka. Weight function and

stress intensity factors for longitudinal semi-

elliptical cracks in thick walled cylinders.”

Journal of Pressure Vessel Technology 117,

1995, pp. 383-389.

[22] Zheng, X.J, A. Kiciak, G. Glinka. “Weight

function and stress intensity factors for internal

surface semi elliptical crack in thick walled

cylinders.” Enginieering Fracture mechanics 58,

1997, pp. 207-221.

[24] Long, H., D. Gery, A. Carlier, P.G. Maropoulos.

“Prediction of welding distortion in butt joint of

thin plates.” Materials & Design 30 (10), 2009,

pp. 4126-4135.

[25] Zhu, X.K., Y.J. Chao. “Effects of temperature

dependent material properties on welding

simulation.” Computers and Structures 80, 2002,

pp. 967-976.

[26] Chao, Y., and X. Qi. “Thermal and Thermo-

Mechanical Modeling of Friction Stir Welding of

Aluminum Alloy 6061-T6.” Journal of Materials

Processing & Manufacturing Science 7, 1998, pp.

215-233.

[27] API RP-579. Recommended practices for

fitness-for-service, 2000.

[28] PD 6493. Guidance on Methods for Assessing

the Acceptability of flaws in Fusion welded

structures. British standards institute, 1991.

[29] MacMaster, F.J., K.S. Chan, S.C. Bergsma, and

M.E. Kassner. “Aluminum alloy 6069 part II:

Page 11: يغابهرق نيسح ، اهيلعدمحم اضردمحم · “Finite element modeling of friction stir welding-thermal and thermo mechanical analysis.” International Journal

87 1393زمستان ز و ييپاسال سوم، شمارة دوم،

fracture toughness of 6061-T6 and 6069-T6.”

Materials Science and Engineering A 289, 2000,

pp. 54–59.

[30] 6061-T6 Aluminum. Material Notes. A

Resource for Semiconductor Manufacturers,

www.glemco.com, 2013.

1. Aluminum 6061-T6

2. WELDSIM

3. ANSYS ®

4. ABAQUS ®

5.Gas Tungsten Arc Welding (GTAW)

6. FORTRAN

7. DC3D20

8. C3D20R

9. heat-affected zone (HAZ)