طرح ابتکاری مدل معادل برای شبیه‌سازی فرایند جوشکاری

Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering

علی حیدری ¹ , محمدرضا فروزان ² , جعفر گلستانه ³

1 - مربی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی شهر
2 - استادیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان
3 - کارشناس ارشد، شرکت لوله و تجهیزات سدید، تهران

Received: 2015-10-03 Accepted : 2015-10-03 Published : 2008-09-22

Keywords: روش اجزاء محدود, تنش پسماند, فرایند جوشکاری, مدل معادل,

Abstract :

بسیاری از محققان بدلیل زمان و هزینه بالای شبیه‌سازی سه‌بعدی جوشکاری تنها به حل دوبعدی آن اکتفا می‌کنند. در این تحقیق با ارائه یک طرح ابتکاری (تعریف یک مدل معادل برای شبیه‌سازی جوشکاری)، تعداد المان‌ها و گره‌ها را کاهش داده و در نتیجه زمان حل را کاهش و تا حد زیادی مشکلات حل‌های سه‌بعدی را برطرف نموده‌ایم. شبیه‌سازی فرایند جوشکاری زیرپودری به کمک روش اجزاء محدود با تحلیل غیر کوپله حرارتی و مکانیکی در سه مرحله به انجام رسیده است. در مرحله اول از حل حرارتی تاریخچه دمایی مشخص شده و سپس در مرحله دوم توزیع فازهای متالورژیکی در نواحی ذوب و متاثر از جوشکاری محاسبه می‌شود. نهایتاً در مرحله سوم از حل مکانیکی، توزیع تنش به‌دست می‌آید که خاصیت ماده برای هر المان با توجه به فاز مشخص شده در مرحله دوم به آن اختصاص می‌یابد. یکی از مهمترین اهداف این شبیه‌سازی، بررسی تنش‌های پسماند حاصل از جوشکاری می‌باشد.  مقایسه‌ای بین نتایج حرارتی حاصل شده از برنامه با نتایج متالوگرافی و آزمایشگاهی این تحقیق صورت گرفته است که گویای دقت بالای برنامه است.

References:

 [1] Taljat, B., Radhakrishnan, B., Zacharia, T., Numerical Analysis of GTA Welding Process with emphasis on Post-Solidification Phase Transforma-tion effects on Residual Stresses, Materials Science and Engineering, Vol. A246, 1998, pp. 45–54.

[2] Mackerle, J., Finite Element Analysis and Simulation of Welding: a Bibliography (1976-1996), Modeling and Simulation in Materials Science and Engineering, Vol. 4, 1996, pp. 501-533.

[3] Mackerle, J., Finite Element Analysis and Simulation of Welding-an Addendum: a Bibliography (1996-2001), Modeling and Simulation in Materials Science and Engineering, Vol. 10, 2002, pp. 295-318.

[4] Andersson, B. A. B., Thermal Stresses in a Submerged-Arc Welded Joint Considering Phase Transformations, Transactions of the ASME, Vol. 100, 1978, pp. 356-362.

[5] Goldak, J., Chakravarti, A., Bibby, M., A new finite element model for welding heat sources, Metallurgical Transactions B, Vol. 15B, 1984, pp. 299-305.

[6] Roelens, J.B., Numerical simulation of some multipass submerged arc welding determination of the residual stresses and comparison with experimental measurements, Welding in the world, Vol.35, No.2, 1995, pp. 17-24.

[7] Wen, S. W., Hilton, P., Farrugia, D. C. J., Finite Element Modeling of a Submerged Arc Welding Process, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 119, 2001, pp. 203-209.

[8] Cho, S. H., Kim, J. W., Analysis of Residual Stress in Carbon Steel Weldment incorporating Phase Transformations, Science and Technology of Welding and Joining, Vol. 7, No. 4, 2002, pp. 212-216.

[9] Chang P. H., Teng, T. L., Numerical and Experimental Investigations on the Residual Stresses of the Butt-Welded Joints, Computational Materials Science, Vol. 29, 2004, pp. 511–522.

[10] Yajiang, L., Juan, W., Maoai, C., Xiaoqin, S., Finite Element Analysis of Residual Stress in the Welded Zone of a High Strength Steel, Bull. Mater. Sci., Vol. 27, No. 2, 2004, pp. 127–132.

[11] حیدری، ع.، شبیه‌سازی ترکیبی فرایندهای جوشکاری، هایدروتست و کوئنچینگ لوله‌ها به منظور بررسی تنش‌های پسماند به کمک روش اجزاء محدود، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1385.

[12] Gery, D., Long, H., Maropoulos, P., Effects of Welding Speed, Energy Input and Heat Source Distribution on Temperature Variations in Butt Joint Welding, Journal of Materials Processing Technology, 2005.

[13] Rammerstorfer, F.G., Fisher, D.F., On Thermo-Elastic-Plastic Analysis of Heat-Treatment Process Including Creep and Phase Changes, Computers and Structures, Vol. 13, 1981, pp. 771-779.

[14] Lundback, A., CAD-support for heat input in FE-model, Computer Aided Design, Lulea University of Technology, Sweden, 2003.

[15] Alberg, H., Material modeling for simulation of heat treatment, Division of Computer Aided Design, M.S. Thesis, Lulea University of Technology, 2003.

[16] Kamamato, S., Nihimori, T., Kinoshita S., Analysis of Residual Stress and Distortion Resulting from Quenching in Large low-alloy Steel Shafts, Journal of Mechanical Science and Technology, 1985,  pp.798-804.