A new plan to connect aluminum tubes of subsurface structures

محورهای موضوعی : فصلنامه شبیه سازی و تحلیل تکنولوژی های نوین در مهندسی مکانیک

غلامرضا مزروعی ¹ , علی حیدری ²

1 - دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی شهر
2 - استادیار، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد خمینی شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، خمینی شهر، ایران

تاریخ دریافت : 1394/12/17 تاریخ پذیرش : 1395/02/20 تاریخ انتشار : 1395/08/01

کلید واژه: Finite Element Method, Residual stress, welding, aluminum tubes,

چکیده مقاله :

In this study, a new method for joining aluminum tubes in subsurface structures using steel converting and aluminum welding are presented and reviewed. But near the weld area is under high thermal cycle and will cause residual stresses in heat affected zone. Therefore for assessment of proposed connection from the perspective of residual stress by using the finite element method welding of tubes has been modeled in three dimensions. Thermal history is determined from thermal analysis and then the residual stresses due to welding are calculated. Because of the sensitivity of subject, the simulation process and properties are validated. The mechanical and thermal properties have been considered as a function of temperature. According to current, voltage and speed electrode, heat flux is applied by Goldak's heat source model. The modeling results were good agreement with experimental results and show that the initiative plan can be used to connect aluminum tubes of subsurface structures.

چکیده انگلیسی:

در این تحقیق روش جدیدی جهت اتصال لوله‌های آلومینیومی به‌وسیله مبدل فولادی و جوش آلومینیوم در سازه‌های زیر سطحی ارائه و بررسی شده است. به علت ایجاد گرمای نسبتا زیاد در محل جوشکاری، ناحیه اطراف لبه جوش تحت سیکل حرارتی بالایی قرار می‌گیرد و باعث ایجاد تنش‌های پسماند در محل جوش خواهد شد. بنابراین جهت بررسی اتصال پیشنهاد شده از دیدگاه تنش پسماند، به کمک نرم افزار المان محدودABAQUS جوشکاری دو پاسه لوله‌های AL 5083 به همراه مبدل فولادی A 36 به صورت سه بعدی مدلسازی شده و تنش‌های پسماند حاصل در مناطق اطراف جوش محاسبه گردیده است. بدلیل حساسیت موضوع روند شبیه سازی مورد اعتبار سنجی قرار گرفته است. در مدلسازی انجام شده خواص مکانیکی و حرارتی لوله به صورت تابعی از دما به نرم افزار داده شده و با توجه به جریان، ولتاژ و سرعت الکترود، شار حرارتی به صورت یک بار حجمی خارجی روی محیط جانبی لوله بوسیله مدل منبع حرارتی گلداک اعمال گردیده است. تنش های حاصل در جسم از زمان اعمال شار حرارتی تا رسیدن دمای محل جوش به دمای محیط محاسبه شده و تنش‌های نهایی باقیمانده در جسم در انتهای فرایند تبادل حرارتی با محیط تنش‌های پسماند می باشند. نتایج مدلسازی انجام شده همخوانی مناسبی با نتایج تجربی دارد و نشان می‌دهد که اتصال پیشنهاد شده مناسب بوده و از نظر مقادیر تنش پسماند سازه دچار مشکل نخواهد شد.

منابع و مأخذ:

[1] Murugan S. , Rai S.K. , Kumar P.V., International Jornal of Pressure Vessels Piping, 78,2001,307-317.

[2] Brickstad B. , Josefson B.L. , International Jornal of Pressure Vessels and Piping, 75, 1998, 11-25.

[3] Goldack J. , Chakravarti A. , Bibby M. , Metallurgical Transaction B 15, 1984,299-305.

[4] Wen S.W. , Hilton P. , Farrugia D.C.J. , Strain jornal of the Britsh Socicty for Strain Measurement 37,2001,5-18

[5] Tsai C.L., Dong Y. , Dong P. ,77 Annual AWS , Chieago, USA, 21-25 April 1996, p. 51.

[6] Li M. , Atteridge D.G. , Meekisho LL. , Trends in Welding Research, 4 International Conference, Gaylingurg, Tennesse, USA, 5-8 JUNE 1995,PP. 51-56

[7] Deng D. , Muakawa H. , Computational Materials Science 37, 2006, 269-227.

[8] آشنایی و طرز کار با نرم افزار ABAQUS ، تالیف- محمود فرزین، سید حسین دیباجیان، اصفهان، جهاد دانشگاهی، واحد صنعتی اصفهان، 1390

[9] J. Cairns, R. Pidn, F. Paris, A. Blazquez and J. C. Marin ."A SIMPLIFIED NUMERICAL ANALYSIS OF RESIDUAL STRESSES IN ALUMINUM WELDED PLATES"(1994)

[10] Dragi Stamenković, MSc. Ivana Vasović, BSc. "Finite Element Analysis of Residual Stress in Butt Welding Two Similar Plates"(2012)

[11] John A. Goldak, Mehdi Akhlaghi, "Coputational Welding Mechnics".(2005)

 [12] Yaowu Shia, Zhunxiang Hanb,"Effect of weld thermal cycle onmicro structure and fracture toughness of simulated heat-affected zone for a 800MPa grade high strength low alloy steel", Journal of materials processing technology 207(2008)30-39

[13] جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن، تالیف- ج. مترز، ترجمه- ج. مزروعی، ع. ورمزیار،اراک، نشر نویسنده، 1390