شبیه‌سازی المان محدود فرآیند جوشکاری اصطکاکی دورانی لوله‌های غیرهم‌جنس

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، تاثیر 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 تاثیر 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 بی‌تاثیر 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.

Finite element modelling of rotary friction welding of dissimilar pipes

In this paper, finite element modeling of friction welding of two ASTM A106B 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.